Великий вибух

Короткі відомості

За сучасними уявленнями, стан Всесвіту в минулому (близько 13 млрд. років тому), коли її середня щільність у величезне число разів перевищувала нинішню. Періодом Великого вибуху умовно називають інтервал часу від 0 до декількох сотень секунд. На самому початку цього періоду речовина у Всесвіті набуло колосальні відносні швидкості (звідси назва). Спостережуваними свідоцтвами періоду Великого вибуху в даний час є реліктове випромінювання, значення концентрацій водню, гелію та деяких інших легких елементів, розподіл неоднорідностей у Всесвіті (наприклад, галактик)

Сценарій Великого вибуху

Як і будь-яка схема, що претендує на пояснення даних про спектр мікрохвильового космічного випромінювання, хімічного складу догалактіческого речовини та ієрархії масштабів космічних структур, стандартна модель еволюції Всесвіту базується на ряді вихідних припущень (про властивості матерії, простору і часу), що грають, роль своєрідних "початкових умов розширення миру. Як одна з робочих гіпотез цієї моделі виступає припущення про однорідність і изотропии властивостей Всесвіту протягом всіх етапів її еволюції.

Крім того, грунтуючись на даних про спектр мікрохвильового випромінювання, природно припустити, що у Всесвіті в минулому існувало стан термодинамічної рівноваги між плазмою і випромінюванням, температура якого була висока. Нарешті, екстраполюючи в минуле закони зростання щільності речовини і енергії випромінювання, нам доведеться припустити, що вже при температурі плазми, близької до 1010 К, в ній, існували протони і нейтрони, які були відповідальні за формування хімічного складу космічного речовини.

Очевидно, що подібний комплекс початкових умов "не можна формально екстраполювати на самі ранні етапи розширення Всесвіту, коли температура плазми перевищує 1012 До оскільки в цих умовах сталися б якісні зміни складу матерії, пов'язані, зокрема, з кваркової структури нуклонів. Цей період, що передує етапу з температурою близько 1012 К, природно віднести до понад ранніх стадій розширення Всесвіту, про які, на жаль, в даний час відомо ще дуже мало.

Справа в тому, що в міру поглиблення в минуле Всесвіту ми неминуче стикаємося з необхідністю описувати процеси взаємоперетворень елементарних частинок з усе більшою і більшою енергією, в десятки і навіть тисячі разів перевищує поріг енергій, доступних дослідженню на самих потужний сучасних прискорювачах. У подібній ситуації, очевидно, виникає цілий комплекс проблем, пов'язаних, по-перше, з нашим незнанням нових типів частинок, які народжуються в умовах високої щільності плазми, а по-друге, з відсутністю "надійною" теорії, що дозволила б передбачити основні характеристики космологічного субстрату в цей період.

Однак навіть не знаючи в деталях конкретних властивостей надщільний плазми при високих температурах, можна припустити, що, починаючи з температури трохи менше, 1012 До її характеристики задовольняли умовам, Перерахованим на початку цього розділу. Інакше кажучи, при температурі близько 1012 До матерія у Всесвіті була представлена ​​електрон-позитронними парами (е-, е +); мюонами і антімюонамі (м-, м +); нейтрино і антинейтрино, як електронними (vе, vе), так і мюонним (VМ, VМ) і тау-нейтрино (vt, vt); нуклонами (протонами і нейтронами) і електромагнітним випромінюванням.

Взаємодія всіх цих частинок забезпечувало в плазмі стан термодинамічної рівноваги, яке, однак, змінилося в міру розширення Всесвіту для різних типів частинок. При температурах менше 1012 До першими це "відчули" мюон-антімюонние пари, енергія спокою яких становить приблизно 106 МеВ8. Потім вже при температурі близько 5 • 109 До анігіляція електрон-позитронного пар стала переважати над процесами їх народження при взаємодії фотонів, що в кінцевому підсумку призвело до якісної зміни складу плазми.

Починаючи з температур Т е-+ е +. У свою чергу, електрони і позитрони можуть народжувати пари нейтрино і антинейтрино.

Таким чином, весь надлишок енергії мюонів після їх анігіляції перерозподілиться між різними компонентами плазми. Подібна "перекачування" енергії масивних частинок до все більш легким повинна була здійснюватися лише до тих пір, поки не стали анігілювати найлегші заряджені лептони - електрони й позитрони, які в останній раз "підігріли" випромінювання при температурі близько 5 • 109 К. Після цей моменту домінуючу роль у розширенні Всесвіту відігравало електромагнітне випромінювання, і лептонна ера "температурної" історії космічної плазми змінилася ерою переважання радіації.

Фактично саме в цей період при температурах плазми близько 5 • 109 До відбулося формування рівноважного спектра електромагнітного випромінювання, що дійшов до нас у формі мікрохвильового реліктового фону. Саме в ході анігіляції електрон-позитронного пар практично вся енергія, збережена в цьому компоненті, була передана електромагнітного випромінювання, щільність енергії якого збільшилася. Що залишилися від епохи анігіляції електрони, стикаючись з квантами випромінювання, брали участь в обміні енергією між підсистемами плазми. Крім того, зіткнення електронів з протонами супроводжувалися висвічування квантів, в результаті чого спектр електромагнітного випромінювання повинен був стати характерним для рівноважного розподілу.

Вже в кінці епохи домінування радіації при температурах, близьких до 104 К, взаємодія вільних електронів з протонами супроводжувалося утворенням атомів водню і зменшенням частки вільних носіїв електричного заряду. При цьому розсіювання квантів на електронах ставало все менш ефективним і, нарешті, починаючи з періоду, характерного падінням температури нижче 3000 К, поширення фотонів здійснювалося практично вільно. Температура електромагнітного випромінювання після його відділення від плазми зменшувалася лише внаслідок розширення Всесвіту, яке зміщало спектр квантів у міліметровий і сантиметровий діапазони.

Цей мікрохвильовий фон є, таким чином, своєрідним відбитком ранніх високотемпературних стадій еволюції Всесвіту - реліктом, який доводить, що в минулому ця підсистема визначала основні характеристики космологічної плазми. Однак крім фону мікрохвильового випромінювання, до нас мав дійти ще один "відгомін" радіаційно домінувало ери розширення Всесвіту. Мова йде про ядра і ізотопи легких хімічних елементів, утворення яких в рамках моделі Великого вибуху повинно було відбутися приблизно за мільйон років до епохи відділення речовини від випромінювання.

Історія питання про походження хімічних елементів сходить до піонерським роботам основоположника теорії "гарячого Всесвіту" Г. А. Гамова. Завдання, яке ставили перед собою Г. А. Гамов і його співробітники в кінці 40-х років нашого століття, з позицій сьогоднішнього дня представляється нерозв'язною. Автори сподівалися за допомогою процесів злиття протонів і нейтронів в ядра хімічних елементів пояснити походження практично всіх елементів таблиці Менделєєва ще на ранніх етапах розширення Всесвіту. У ті роки, коли ядерна фізика робила буквально перші кроки, ще не було відомо, що в природі не існує стабільних ядер з атомними вагами А = 5 і А = 8, і ланцюжок послідовних приєднань протонів і нейтронів з утворенням дейтерію, гелію-3, тритію і гелію-4 має обрив вже буквально на наступному кроці.

Г. А. Гамова надихала ще одна, як тепер зрозуміло, невірна передумова. У ті роки постійну Хаббла вважали в 5 - 10 разів більшою, ніж знаходять зараз. 0тсюда випливало, що вік Метагалактики повинен був становити лише кілька мільярдів років, тобто стільки ж, скільки, згідно з геологічними даними, "живе" Земля. Тому здавалося, що всі хімічні елементи "від малого до великого" повинні були сформуватися в єдиному процесі космологічного нуклеосинтезу, якщо, звичайно, припускати, що Всесвіт у минулому була гарячою. Г. А. Гамов передбачив і сучасну температури реліктового випромінювання - близько 5 К, як бачимо, значення, дуже близьке до дійсності.

Насправді ж, через те що вік Метагалактики на порядок більше, ніж пропонував Г. А. Гамов, термоядерному котлі гарячого Всесвіту встигли б "звариться" тільки найлегші елементи (до гелію, а можливо, до літію включно). Потім температура впала внаслідок розширення настільки, що подальший синтез елементів повинен був зупинитися. Більш важкі елементи, як тепер припускають, утворилися в термоядерних реакціях в надрах зірок, і при спалахах наднових.

Як часто траплялося в історії науки, незважаючи, на невірні передумови, Г. А. Гамов "вгадав" гаряче минуле Всесвіту, тріумфально підтверджене відкриттям реліктового радіофони. Яким же, чином у високотемпературній плазмі формувався ізотопний склад догалактіческого речовини?

Виявляється, одну з головних ролей у цьому процесі відігравали реакції слабкої взаємодії електронних нейтрино і антинейтрино з протонами і нейтронами. Ще на лептонний ері розширення Всесвіту при температурі вище 1010 К зіткнення нейтрино vе, vе з протонами р і нейтронами n ефективно перемішували ці частки в реакціях.

Починаючи з температури 1010 К, характерний час цих реакцій близько до віку Метагалактики, і вони припиняються. Розрахунки показують, що до цього моменту концентрація нейтронів стала менше концентрації протонів через невелику різниці їх енергій спокою.

Цей контраст "заморожувався" практично до тих пір, поки температура не зменшилася до 109 К. Після цього вся послідовність взаємоперетворення нуклонів в ядра 4Не, 3Не, 2Н, 3Н здійснювалася в два етапи. На першому при температурах плазми порядку 109 До відбувалося злиття протонів і нейтронів в ядра дейтерію n + p -> 2Н + Y. Розрахунки показують, що до тих пір, поки практично всі протони і нейтрони не зв'язалися в ядра дейтерії, гелію-3 (2Н + р 3Не + Y) та тритію (2Н + n 3Н + Y), синтез 4Не відбувався вкрай неефективно. Після цього в дію вступили зіткнення ядер дейтерію між собою і з ядрами 3Н і 3Не, що призвели до появи ядер гелію-4, причому тривалість етапу синтезу 4Не вкрай мала.

Як видно, вже при температурі 5 • 107 До сформувався практично весь первинний хімічний склад речовини: близько 23 - 26% нуклонів зв'язалося в ядра 4Не; 74 - 77% за масою становить водень і лише 0,01 - 0,0001%-дейтерій, гелій-3 і тритій. Заслуговує на увагу та обставина, що поширеність дейтерію у Всесвіті дуже чутлива до сучасної густини речовини. При зміні рm (0) від 1,4 • 10-31 до 7 • 1030 г/см3 його відносна концентрація (2Н / Н) зменшується практично на сім порядків. У меншій мірі від величини сучасної щільності баріонів залежить масовий вміст 4Не, проте, і воно зростає приблизно в 2 рази.

Цією особливістю можна скористатися для передбачення сьогоднішньої щільності речовини у Всесвіті, якщо відома спостерігається поширеність космічних гелію-4 і дейтерію. Однак значною перешкодою на шляху реалізації цієї програми є спотворення первинного хімічного складу речовини на стадії існування галактик і зірок. Наприклад, у Сонячній системі вимірювання дають приблизно 20 - 26%-ную варіацію масової концентрації 4Не щодо водню. У сонячному вітрі ця величина коливається ще значніше - від 15 до 30%.

Спектроскопічні вимірювання ліній поглинання та емісії гелію в атмосферах, найближчих до Сонця зірок, свідчать також про наявність варіацій в його масової концентрації від 10 до 40%. Присутність 4Не виявляють і в найбільш старих об'єктах нашої Галактики - кульових скупченнях, де його поширеність коливається від 26 до 28%. Все це, природно, знижує переваги використання даних про галактичному змісті 4Не для визначення величини сучасної щільності речовини, сумісної з моделлю Великого вибуху.

У цьому аспекті більш інформативними виявляються дані, одержувані з зіставлення космологічної продукції дейтерію і його сучасної поширеності в Галактиці. На відміну від 4Не цей ізотоп лише вигорає в ході утворення зірок, і, отже, сьогодні мова може йти лише про визначення нижньої межі його щільності маси. Спостереження ліній поглинання атомарного дейтерію в міжзоряному середовищі, а також реєстрація випромінювання молекул HD, DCN показують, що зміст цього ізотопу в Галактиці складає приблизно в межах від 0,001 до 0,00001% від маси водню. Це відповідає сучасній щільності речовини рm (0) = 1,4 • 10-31 г/см3.

Цікаво, що, крім пояснення хімічного складу ранньої Метагалактики, теорія космологічного нуклеосинтезу дозволяє отримати унікальну інформацію про просторову щільності важко спостережуваних частинок, що дійшли до епохи домінування лептонів від попередніх етапів космологічного розширення. Зокрема, грунтуючись на цій теорії, можна обмежити число можливих типів нейтрино, які останнім часом стали об'єктом пильної уваги космологів.

Ще якихось 6 - 7 років тому це питання стояло як би на другому плані в моделі "гарячого Всесвіту". Вважалося, що вирішальну роль у формуванні хімічного складу догалактіческого речовини грали електронні нейтрино і антинейтрино і у меншій мірі - Мюонні нейтрино Vm, Vm. Експеримент не давав підстав припускати, що в природі існують інші типи слабовзаємодіючих нейтральних лептонів, а космологи воліли керуватися принципом "бритви Окаама": entia non sunt multiplicanda praenter necessitatem ("суті не повинні бути умножаеми понад необхідність").

Ситуація в цьому питанні радикально змінилася після відкриття в 1975 р. важкого зарядженого тау-лептона, якому повинен був відповідати новий тип нейтрино - vt. Зараз вже не викликає сумнівів, що сімейство нейтрино поповнилося новим членом, енергія спокою якого не перевищує 250 МеВ. Виникла цікава ситуація - сучасні прискорювачі елементарних частинок наблизилися лише до енергій порядку 105 МеВ і вже з'явився новий тип нейтрино. Що криється за цим порогом енергій? Не чекає нас у майбутньому катастрофічне збільшення числа членів сімейства лептонів в міру проникнення в глиб мікросвіту?

Виявляється, на це питання модель "гарячого Всесвіту" дає цілком певну відповідь. Якщо б у природі, крім vе, vm, vt існували нові типи нейтрино, енергії спокою яких не перевищували б 30 - 50 еВ, їх роль в період космологічного нуклеосинтезу звелася б до збільшення швидкості охолодження плазми і, отже, змінилися б умови утворення хімічних елементів . Вперше подібна роль слабовзаємодіючих частинок в динаміці космологічного синтезу легких хімічних елементів була відзначена в 1969 р. радянським астрофізиком В. Ф. Шварцманом, і за останнє десятиліття уточнювалася лише кількісна сторона питання.

Розрахунки показують, що якщо за верхню межу поширеності догалактіческого гелію-4 прийняти його масову концентрацію 25%, то неминуче випливає висновок, що всі можливі типи нейтрино в природі вже відкриті. З певною обережністю, пов'язаної з недостатньою точністю спостережних даних про поширеність космічних 4Не і 2Н, можна вважати, що, крім vе, vm, vt існує не більше ще двох типів нових нейтрино. Ця обставина грає істотну роль при аналізі проблеми прихованої маси Всесвіту.

Отже, у загальних рисах ми познайомилися з двома найважливішими епохами "температурної" історії космологічної плазми, протягом яких відбулося формування первинного хімічного складу речовини і спектру мікрохвильового реліктового випромінювання. Проте викладена вище схема потребує суттєвого доповнення, оскільки в ній не знайшов ще відображення факт існування великомасштабної структури Всесвіту - скупчень і сверхскоплений галактик.

Дійсно, після анігіляції електрон-позитронного пар у Всесвіті (T = 5 • 109 К) найбільш поширеним компонентом високотемпературної плазми космологічної стало електромагнітне випромінювання, яке після рекомбінації водню перестало взаємодіяти з речовиною. Рівноважний характер спектра цього випромінювання обумовлений існуванням тривалої фази розширення, коли між фотонами та електронами відбувалося інтенсивне взаємодію. Після рекомбінації водню і гелію Всесвіт повинна була опинитися заповненої однорідно розподіленими речовиною і випромінюванням. І зараз не повинно було бути ніякої структури - ні зірок, ні галактик, ні нас. Цілком гнітюча картина.

Ці передбачення, очевидно, дуже далекі від спостережуваного різноманіття структурних форм матерії у Всесвіті. Напрошується висновок, що для пояснення спостережуваної структури, ще на ранніх етапах розширення Всесвіту повинні існувати флуктуації - хоча й малі, але кінцеві відхилення щільності матерії від однорідного ізотропного і розподілу в просторі.

Великі проблеми Великого вибуху

При уважному розгляді космологічна теорія походження та структури всесвіту починає тріщати по швах.

Погляньте на всіяне зірками нічне небо. Як виникли всі ці незліченні зірки і планети? Більшість сучасних учених, швидше за все, відповість на це питання, пославшись на одну з версій теорії "великого вибуху". Відповідно до цієї теорії, спочатку вся матерія Всесвіту була зосереджена в одній точці і розігріта до дуже високої температури. У якийсь момент часу стався страхітливої ​​сили вибух. У розширенні хмарі перегрітих субатомних частинок поступово стали формуватися атоми, зірки, галактики, планети, і, нарешті, зародилося життя. В даний час цей сценарій набув статусу непорушної істини.

Безперечно, теорія великого вибуху захоплює уяву і мало кого залишає байдужим. І оскільки вона начебто заснована на фактичному матеріалі й підкріплена математичними викладками, більшості людей вона видається більш прийнятною, ніж релігійні пояснення виникнення Всесвіту. Проте космологічна теорія великого вибуху є лише останньою з цілої низки спроб пояснити зародження Всесвіту з позицій механістичного світогляду, згідно з яким світ (і людина в тому числі) являє собою породження матерії, що функціонує в суворій відповідності до законів фізики.

Спроби вчених створити суто фізичну модель походження Всесвіту грунтуються на трьох постулатах:

1) усі явища природи можуть бути вичерпно пояснені фізичними законами, вираженими в математичній формі;

2) ці фізичні закони універсальні і не залежать від часу і місця;

3) всі основні закони природи прості.

Багато людей приймають ці постулати як щось само собою зрозуміле, але насправді ніхто і ніколи не міг довести їх істинності, більше того, довести їх справедливість далеко не просто. По суті справи, вони є всього-на-всього складовою частиною одного з підходів до опису реальності. Розглядаючи найскладніші явища, з якими стикається кожен вивчає Всесвіт, вчені обрали редукціоністскій підхід. "Давайте, - кажуть вони, - завмер параметри фізичних явищ і спробуємо описати їх за допомогою простих і універсальних фізичних законів". Однак, строго кажучи, у нас немає жодних логічних підстав заздалегідь відкидати альтернативні підходи до розуміння Всесвіту. Не можна виключити, що в основі Всесвіту лежать принципово інші закони, що не піддаються простому математичному виразу. І тим не менш багато вчених, плутаючи своє розуміння Всесвіту з її дійсною природою, заздалегідь відкидають альтернативні підходи. Вони наполягають на тому, що всі явища у Всесвіті можна описати за допомогою простих математичних законів. "Ми сподіваємося укласти весь всесвіт у просту і коротку формулу, яку можна буде друкувати на майках", - стверджує Л. Ледерман, директор Національної лабораторії ядерної фізики ім. Фермі в Батавії, штат Іллінойс.

Існує кілька психологічних причин, які змушують вчених триматися за редукціоністскій підхід. Якщо структура Всесвіту може бути описана простими кількісними законами, то у вчених, незважаючи на обмеженість людського розуму, з'являється надія рано чи пізно зрозуміти цю структуру (і таким чином отримати ключ до управління Всесвіту). Тому вони виходять з того, що такий опис можливо, і створюють тисячі різних теорій. Але якщо наш Всесвіт нескінченно складна, то нам, з нашим обмеженим розумом і почуттями, буде дуже важко пізнати її.

Продемонструємо це на прикладі. Припустимо, у нас є безліч, що містить мільйон цифр, і перед нами стоїть завдання описати структуру цього безлічі одним рівнянням. Практично це можливо в тому випадку, якщо структура безлічі досить проста. Однак якщо його структура надзвичайно складна, то нам навряд чи вдасться навіть визначити вид формули, що описує її. Подібно до цього, спроби вчених будуть настільки ж безрезультатні, коли вони зіткнуться з властивостями Всесвіту, які в принципі не піддаються математичному опису. Тому не дивно, що більша частина вчених так наполегливо тримається за свою сьогоднішню стратегію, не бажаючи визнавати ніяких інших підходів. У цьому вони схожі на людину, який втратив на дорозі ключі від машини, а шукає їх під вуличним ліхтарем, просто тому, що там світліше.

Однак насправді уявлення вчених про те, що фізичні закони, відкриті ними в лабораторних експериментах тут, на Землі, діють у всьому Всесвіті і на всіх етапах її еволюції, м'яко кажучи, необгрунтовані. Наприклад, у нас немає ніяких підстав стверджувати, що якраз електричні поля ведуть себе певним чином в лабораторних умовах, то вони виявляли ті ж властивості мільйони років тому на відстані багатьох десятків світлових років від Землі. Однак без таких припущень не може обійтися жодна спроба пояснення походження Всесвіту. Адже не можемо ж ми повернутися на мільярди років тому, до часу утворення Всесвіту, або отримати пряму інформацію про те, що відбувається за межами Сонячної системи.

Деякі вчені визнають ризикованість перенесення наших дуже обмежених знань на світобудову в цілому. У 1980 році К. Болдінга у своєму зверненні до Американської асоціації розвитку науки сказав: "Космологія ... представляється нам наукою, яка не має під собою міцної основи, хоча б тому, що вона вивчає величезну Всесвіт на прикладі невеликої її частини, дослідження якої не можуть дати об'єктивної картини реальності. Ми спостерігали її протягом дуже короткого відрізка часу і маємо щодо повне уявлення лише про мізерно малої частини її обсягу ". Однак не тільки висновки космологів не мають під собою міцної основи, схоже, що сама спроба створити просту математичну модель Всесвіту не цілком коректне, і пов'язана з труднощами принципового характеру.

Проблематична сингулярність

Як свідчить теорія великого вибуху, Всесвіт виник з точки з нульовим обсягом і нескінченно високими щільністю і температурою. Це стан, який називається сингулярність, не піддається математичному опису.

Намагаючись пояснити походження Всесвіту, прихильники теорії "великого вибуху стикаються з серйозною проблемою, оскільки початковий стан Всесвіту в розробленій ними моделі не піддається математичному опису. Згідно всім існуючим теоріям великого вибуху, спочатку Всесвіт представляв собою точку простору нескінченно малого обсягу, що мала нескінченно велику щільність і температуру. Таке початковий стан в принципі не може бути описано математично. Про цей стан рівним рахунком нічого не можна сказати. Всі розрахунки заходять у глухий кут. Це все одно що займатися розподілом якогось числа на нуль - що вийде? 1? 5? 5 трлн? .. Відповіді на це питання не існує. Мовою науки це явище називають "сингулярність".

Професор радіоастрономії Манчестерського університету Б. Лоувел писав про сингулярності наступне: "У спробі фізично описати початковий стан Всесвіту ми натикаємося на перешкоду. Питання в тому, чи є ця перешкода переборним. Може бути, всі наші спроби науково описати початковий стан Всесвіту заздалегідь приречені на невдачу ? Це питання, а також концептуальні труднощі, пов'язані з описом сингулярної точки в вихідний момент часу, є однією з основних проблем сучасної наукової думки ". Поки що ця перешкода не змогли подолати навіть найвидатніші вчені, які розробляють теорії великого вибуху.

Нобелівський лауреат С. Вайнберг зазначав: "На жаль, я не можу почати свій фільм [кольоровий документальний фільм про великий вибух] з нульової точки відліку, коли часу ще не існувало, а температура була нескінченно велика". Таким чином, теорія великого вибуху взагалі не описує походження Всесвіту, оскільки початкова сингулярність, за визначенням, не піддається опису.

Отже, теорія великого вибуху стикається з непереборними проблемами буквально з самого початку. У науково-популярних викладах теорії великого вибуху складності, пов'язані з вихідною сингулярність, або замовчуються, або згадуються побіжно, але в спеціальних статтях вчені, що роблять спроби підвести математичну базу під цю теорію, визнають їх головною перешкодою. Професора математики С. Хоукінг з Кембриджу та Г. Елліс з Кейптауна відзначають у своїй монографії "Великомасштабна структура простору-часу": "На наш погляд, цілком виправдано вважати фізичну теорію, яка передбачає сингулярність, що не відбулася". І далі: "результати наших спостережень підтверджують припущення про те, що Всесвіт виник у певний момент часу. Однак сам момент початку творіння, сингулярність, не підпорядковується жодному з відомих законів фізики".

Зрозуміло, що будь-яка гіпотеза про походження Всесвіту, яка постулює, що початковий стан Всесвіту не піддається фізичному опису, виглядає досить підозріло. Але це ще півбіди. Наступне питання: звідки взялася сама сингулярність? І вчені змушені оголосити математично невимовну точку нескінченної щільності і нескінченно малих розмірів, яка існує поза простору і часу, безпочаткової причиною всіх причин.

Спроби вирішення проблеми сингулярності

Не бажаючи миритися з такою перспективою, теоретики розробили кілька варіантів теорії великого вибуху, в яких намагаються обійти проблему сингулярності. Один з можливих підходів - постулювати, що сингулярність при зародженні Всесвіту була не досконалою. Б. Лоувел стверджує, що сингулярність в теорії великого вибуху "часто представлялася як математична проблема, що виникла з постулату про однорідність Всесвіту". Всі класичні моделі Всесвіту, що з'явилася в результаті великого вибуху, володіють ідеальною математичної симетрією, і деякі фізики вважали це причиною появи сингулярних коренів рівнянь, що описують вихідний стан Всесвіту. Щоб скорегувати це, теоретики стали вводити в свої моделі асиметрію, аналогічну тій, яку можна бачити в спостережуваного Всесвіту. Таким чином, вони сподівалися внести в початковий стан Всесвіту достатню невпорядкованість, необхідну для того, щоб воно не зводилося до точки. Проте всі їхні надії були зруйновані Хоукінга і Еллісом, які стверджують, що, згідно з їх розрахунками, модель великого вибуху з асиметричним розподілом матерії в будь-якому випадку повинна мати сингулярність у вихідній точці. "

Звідки з'явився Всесвіт?

Проблема сингулярності є лише частиною більш загальної проблеми, проблеми виникнення Всесвіту (незалежно від того, яким було її початковий стан). Якщо будь-яка модель Всесвіту постулює сингулярність, це, безсумнівно, створює дуже великі теоретичні труднощі. Але навіть якщо сингулярності можна уникнути, то основне питання, як і раніше залишається без відповіді: звідки, власне, з'явився Всесвіт? Сподіваючись ухилитися від відповіді на це питання, деякі вчені запропонували теорію так званої "нескінченно пульсуючого Всесвіту". Відповідно до цієї теорії, Всесвіт розширюється, а потім стискається до сингулярності, потім знову розширюється і знову стискається. У неї немає ні початку, ні кінця. Це знімає питання про походження Всесвіту - вона нізвідки не виникає, а існує вічно.

Але і ця модель не позбавлена ​​серйозних недоліків. Перш за все, до цих пір ніхто не зміг задовільно пояснити механізм пульсування. Далі, у своїй роботі "Перші три хвилини" С. Вайнберг стверджує, що кожен цикл розширення і стиснення повинен призводити до певних прогресуючим змін у Всесвіті, а це значить, що у Всесвіті має бути початок, інакше вся історія Всесвіту буде регресом, що розтягнувся на вічністю. Таким чином, перед нами знову постає питання про походження Всесвіту.

Інший спробою піти від питання про походження Всесвіту була запропонована англійським астрофізиком П. Девісом модель "пульсуючого Всесвіту зі зверненням ходу часу". Відповідно до цієї теорії, Всесвіт спочатку розширюється, а потім стискається до сингулярності, причому на початку кожного наступного циклу розширення-стиснення час повертає назад, приводячи, врешті-решт, до сингулярності, з якої починався попередній цикл. Відповідно до цієї моделі, минуле стає майбутнім, а майбутнє - минулим, так що поняття "початок Всесвіту" позбавляється сенсу. Цей сценарій дає деяке уявлення про те, на які хитрощі змушені пускатися вчені-космологи, щоб якось пояснити походження Всесвіту.

Інфляційна Всесвіт

Крім питання про походження Всесвіту, сучасні космологи стикаються з низкою інших проблем. Щоб стандартна теорія великого вибуху могла передбачити то розподіл матерії, яке ми спостерігаємо, її початковий стан має характеризуватися дуже високим ступенем організованості. Відразу ж виникає питання: яким чином така структура могла утворитися? Фізик А. Гут з Массачусетського технологічного інституту запропонував свою версію теорії великого вибуху, яка пояснює спонтанне виникнення цієї організації, усуваючи необхідність штучно вводити точні параметри в рівняння, що описують вихідний стан Всесвіту. Його модель була названа "інфляційного Всесвіту". Суть її в тому, що всередині швидко розширюється, пере Гретою Всесвіту невелику ділянку простору охолоджується і починає розширюватися сильніше, подібно до того, як переохолоджена вода стрімко замерзає, розширюючись при цьому. Ця фаза швидкого розширення дозволяє усунути деякі проблеми, властиві стандартним теоріям великого вибуху.

Проте модель Гута теж не позбавлена ​​недоліків. Щоб рівняння Гута правильно описували інфляційну Всесвіт, йому довелося дуже точно задавати вихідні параметри для своїх рівнянь. Таким чином, він зіткнувся з тією ж проблемою, що і творці інших теорій. Він сподівався позбутися від необхідності ставити точні параметри умов великого вибуху, але для цього йому довелося вводити власну параметризацію, що залишилася непоясненної. Гут і його співавтор П. Штайнгарт визнають, що в їхній моделі "розрахунки наводять до прийнятних прогнозам тільки в тому випадку, якщо задані вихідні параметри рівнянь варіюють у дуже вузькому діапазоні. Більшість теоретиків (включаючи і нас самих) вважають подібні вихідні умови малоймовірними". Далі автори говорять про свої надії на те, що коли-небудь будуть розроблені нові математичні теорії, які дозволять їм зробити свою модель більш правдоподібною.

Ця залежність від ще не відкритих теорій - інший недолік моделі Гута. Теорія єдиного поля, на якій грунтується модель інфляційного Всесвіту, повністю гіпотетична і "погано піддається експериментальній перевірці, оскільки велику частину її прогнозів неможливо кількісно перевірити в лабораторних умовах". (Теорія єдиного поля - це досить сумнівна спроба вчених зв'язати воєдино деякі основні сили Всесвіту.)

Інший недолік теорії Гута - це те, що в ній нічого не говориться про походження перегрітої і розширюється матерії. Гут перевірив сумісність своєї інфляційної теорії з трьома гіпотезами походження Всесвіту. Спочатку він розглянув стандартну теорію великого вибуху. У цьому випадку, на думку Гута, інфляційний епізод повинен був відбутися на одній з ранніх стадій еволюції Всесвіту. Однак ця модель ставить перед нами нерозв'язну проблему сингулярності. Друга гіпотеза постулює, що Всесвіт виник з хаосу. Деякі її ділянки були гарячими, інші - холодними, одні розширювалися, а інші стискалися. У цьому випадку інфляція повинна була початися в перегрітій і розширюється області Всесвіту. Правда, Гут визнає, що ця модель не може пояснити походження первинного хаосу.

Третя можливість, якою Гут віддає перевагу, полягає в тому, що перегрітий розширюється згусток матерії виникає квантово-механічним шляхом з порожнечі. У статті, що з'явилася в журналі "Сайентіфік Амерікен" в 1984 році, Гут і Штайнгарт стверджують: "Інфляційна модель Всесвіту дає нам уявлення про можливий механізм, за допомогою якого Всесвіт міг з'явитися з нескінченно малого ділянки простору. Знаючи це, важко втриматися від спокуси зробити ще один крок і прийти до висновку, що Всесвіт виник буквально з нічого ".

Однак якою б привабливою не була ця ідея для вчених, готових озброїтися на будь-яке згадування про можливість існування вищої свідомості, який створив Всесвіт, при уважному розгляді вона не витримує критики. "Ніщо", про який говорить Гут, - це гіпотетичний квантово-механічний вакуум, описуваний ще не розробленою теорією єдиного поля, яка повинна об'єднати рівняння квантової механіки і загальної теорії відносності. Іншими словами, в даний момент цей вакуум неможливо описати навіть теоретично.

Треба відзначити, що фізики описали більш простий тип квантово-механічного вакууму, який являє собою море так званих "віртуальних частинок", фрагментів атомів, які "майже існують". Час від часу деякі з цих субатомних частинок переходять з вакууму в світ матеріальної реальності. Це явище отримало назву вакуумних флуктуацій. Вакуумні флуктуації неможливо спостерігати безпосередньо, однак теорії, постулює їх існування, були підтверджені експериментально. Згідно з цими теоріями, частинки й античастинки без будь-якої причини виникають з вакууму і практично відразу зникають, аннігіліруя один одного. Гут і його колеги припустили, що в якийсь момент замість крихітної частинки з вакууму з'явилася ціла Всесвіт, і замість того, щоб відразу зникнути, цей Всесвіт якимось чином проіснувала мільярди років. Автори цієї моделі вирішили проблему сингулярності, постулював, що стан, в якому Всесвіт з'являється з вакууму, дещо відрізняється від стану сингулярності.

Однак у цього сценарію є два основних недоліки. По-перше, можна тільки дивуватися сміливості фантазії вчених, які розповсюдили досить обмежений досвід з субатомних частинок на цілий Всесвіт. С. Хоукінг і Г. Елліс мудро застерігають своїх зайво захоплюються колег: "Припущення про те, що закони фізики, відкриті і вивчені в лабораторії, будуть справедливі в інших точках просторово-часового континууму, безумовно, дуже смілива екстраполяція". По-друге, строго кажучи, квантово-механічний вакуум не можна називати "ніщо". Опис квантово-механічного вакууму навіть в найпростішій з існуючих теорій займає багато сторінок у вищій мірі абстрактних математичних викладок. Така система, безсумнівно, являє собою "щось", і відразу ж постає все той же впертий питання: "Як виник настільки складно організований" вакуум "?"

Повернемося до початкової проблеми, для вирішення якої Гут створив інфляційну модель: проблемі точної параметризації вихідного стану Всесвіту. Без такої параметризації неможливо отримати спостережуваний розподіл матерії у Всесвіті. Як ми переконалися, вирішити цю проблему Гуту не вдалося. Більш того, сумнівною видається сама можливість того, що яка-небудь версія теорії великого вибуху, включаючи версію Гута, може передбачити спостережуваний розподіл матерії у Всесвіті. Високоорганізоване початковий стан в моделі Гута, за його ж словами, в кінці кінців, перетворюється у "Всесвіт" діаметром 10 сантиметрів, наповнену однорідним надщільним, перегрітим газом. Вона буде розширюватися й охолоджуватися, але немає ніяких підстав припускати, що вона коли-небудь перетвориться на щось більше, ніж однорідне хмара газу. По суті справи, до цього результату приводять всі теорії великого вибуху. Якщо Гуту довелося вирушати на багато хитрощі і робити сумнівні припущення, щоб врешті-решт отримати Всесвіт у вигляді хмари однорідного газу, то можна уявити собі, яким має бути математичний апарат теорії, що приводить до Всесвіту в тому вигляді, в якому ми її знаємо! Гарна наукова теорія дає можливість передбачати багато складні природні явища, виходячи з простої теоретичної схеми. Але в теорії Гута (і будь-який інший версії теорії великого вибуху) все навпаки: в результаті складних математичних викладок ми отримуємо дедалі ширший міхур однорідного газу. Незважаючи на це, наукові журнали друкують захоплені статті про інфляційну теорії, що супроводжуються численними барвистими ілюстраціями, які повинні створити у читача враження, що Гут нарешті досяг заповітної мети - знайшов пояснення походження Всесвіту. Ми б не стали поспішати з такими заявами. Чесніше було б просто відкрити постійну рубрику в наукових журналах, щоб публікувати в неї теорію походження Всесвіту, модну в цьому місяці.

Важко навіть уявити собі всю складність вихідного стану та умов, необхідних для виникнення нашого Всесвіту з усім різноманіттям її структур і організмів. У разі нашого Всесвіту ступінь цієї складності така, що її навряд чи можна пояснити за допомогою одних фізичних законів.

Теоретики вдаються до допомоги так званого "антропічний принципу".

За їхньою гіпотезою, квантово-механічний вакуум виробляє всесвіти мільйонами. Але в більшості з них немає умов, необхідних для виникнення життя, тому ніхто не може досліджувати ці світи. У той же час в інших всесвітів, включаючи нашу власну, склалися сприятливі умови для появи дослідників, тому немає нічого дивного в тому, що в цих всесвітів панує такий неправдоподібний порядок. Інакше кажучи, прихильники антропічний принципу беруть сам факт існування людини за пояснення впорядкованої структури Всесвіту, яка створила умови для виникнення людини. Однак подібні логічні виверти нічого не пояснюють.

Іншою формою псевдонаукової казуїстики є твердження про те, що Всесвіт з'явилася з волі сліпого випадку. Ці слова теж рівним рахунком нічого не пояснюють. Сказати, що щось, що з'явилося один раз, з'явилася випадково - значить просто сказати, що воно з'явилося. Такого роду твердження не можна вважати науковим поясненням, так як вони не містять в собі ніякої нової інформації. Іншими словами, ці "пояснення" ні на крок не наблизили учених до вирішення проблеми походження Всесвіту.

Загальна теорія відносності описує викривлене простір час і є невід'ємною частиною будь-якої сучасної теорії походження Всесвіту. Тому якщо загальна теорія відносності потребує перегляду, то будь-яка космологічна теорія, заснована на ній, теж потребує поправок.

Застосування загальної теорії відносності, так само як і більш ранньої теорії Ейнштейна, приватної теорії відносності, пов'язане з однією трудністю: в обох поняття часу переосмислено. У ньютоновой фізики час розглядається як змінна, незалежна від простору. Завдяки цьому ми можемо описати траєкторію руху об'єкта в просторі і часі: в даний момент часу об'єкт знаходиться у певній точці простору, а з часом його становище змінюється. Але теорія відносності Ейнштейна об'єднує простір і час у чотиривимірний континуум, так що про об'єкт вже не можна сказати, що в певний момент часу він займає певне положення в просторі. Релятивістське опис об'єкта показує його положення в просторі і часі як єдине ціле, від початку і до кінця існування об'єкта. Наприклад, людина, з точки зору теорії відносності, являє собою просторово-тимчасове єдність, від зародка в утробі матері до трупа (так званий "просторово-часової хробак"). Цей "хробак" не може сказати: "Зараз я дорослий, а раніше був дитиною". Течії часу не існує. Все життя людини являє собою єдине ціле. Такий погляд на людину знецінює наше особисте сприйняття минулого, сьогодення і майбутнього, змушуючи нас поставити під сумнів саму реальність цього сприйняття.

У своєму листі до М. Бессо Ейнштейн писав: "Ти повинен погодитися з тим, що суб'єктивне час з його акцентом на справжньому не має об'єктивного сенсу". "Після смерті Бессо, Ейнштейн висловив своє співчуття його вдові наступним чином:" Майкл трохи випередив мене , покинувши цей дивний світ. Проте це не має значення. Для нас, переконаних фізиків, різниця між минулим, справжніми майбутнім - хоч і нав'язлива, але всього лише ілюзія "." По суті справи, ці уявлення заперечують свідомість, яке підкреслює реальність пережитого моменту. Наш нинішній тіло ми відчуваємо як реальне, тоді як наше дитяче тіло збереглося тільки в пам'яті. Для нас немає ніяких сумнівів в тому, що ми займаємо певне місце в просторі в даний момент часу. Теорія відносності перетворює серії подій в єдині просторово-часові структури, але ми відчуваємо їх як послідовність певних етапів у часі. Отже, будь-яка модель походження Всесвіту, побудована на основі теорії відносності, не здатна пояснити наше сприйняття часу, і тому всі ці моделі в їх сучасному вигляді недосконалі і неприйнятні

Квантова фізика і реальність

Всі сучасні космологічні теорії також спираються на квантову механіку, яка описує поведінку атомних і субатомних частинок. Квантова фізика принципово відрізняється від класичної, ньютоновой фізики. Класична фізика займається описом поведінки матеріальних об'єктів, у той час як квантова фізика зосереджена лише на математичному описі процесів спостереження та вимірювання. Речова матеріальна реальність зникає з поля її зору. Нобелівський лауреат В. Гейзенберг говорить: "Виявилося, що ми більше не здатні відокремити поведінка частки від процесу спостереження. У результаті нам доводиться миритися з тим, що закони природи, які квантова механіка формулює в математичному вигляді, мають відношення не до поведінки елементарних частинок як таких, а тільки до нашого знання про ці частках ". У квантовій механіці поряд з об'єктом дослідження та інструментами дослідження елементом аналізованої картини стає спостерігач.

Однак застосування квантової механіки для опису Всесвіту пов'язане з серйозними труднощами. За визначенням, всі спостерігачі є частиною Всесвіту. У разі Всесвіту ми позбавлені можливості уявити собі стороннього спостерігача. У спробі сформулювати версію квантової механіки, яка не потребує стороннього спостерігача, чи відомий фізик Дж. Уілер запропонував модель, відповідно до якої Всесвіт постійно розщеплюється на нескінченну кількість копій. Кожна паралельна Всесвіт має своїх спостерігачів, які бачать даний конкретний набір квантових альтернатив, і всі ці Всесвіти реальні.

В. Віт пише про свою реакцію на цю теорію в журналі "Фізікс ТУДЕ": "Я до цих пір пам'ятаю потрясіння, яке пережив, вперше ознайомившись з теорією множинності світів. Ідея про те, що кожну мить з мене з'являється 10 в сотому ступеня злегка відрізняються один від одного двійників, і кожен з них продовжує безперестанку ділитися, поки не зміниться до невпізнання, не вкладається в рамки здорового глузду. Ось вже воістину картина нескінченно прогресуючої шизофренії ". Це всього лише один приклад фантастичних гіпотез, які доводиться висувати вченим, щоб узгодити теорію великого вибуху з квантовою механікою.

Проте на цьому біди учених, які обрали шлях матеріалістичного редукціонізму, не закінчуються. Мало того, що теорія відносності і квантова механіка самі по собі в застосуванні до космології призводять до безглуздих і фантастичним моделями. Щоб по-справжньому оцінити всю хиткість надій учених коли-небудь знайти розгадку походження Всесвіту, потрібно знати, що вони покладають їх головним чином на ще не створену теорію єдиного поля (ТЕП), яка повинна буде об'єднати в собі теорію відносності і квантову механіку. Вони сподіваються, що ця теорія опише всі сили, що діють у Всесвіті, за допомогою одного компактного математичного виразу. При цьому теорія відносності необхідна для опису загальної структури простору-часу, а квантова механіка - для пояснення поведінки субатомних частинок. На жаль, обидві теорії явно суперечать один одному.

Першим кроком на шляху до математичної інтеграції обох теорій є теорія квантового поля. Ця теорія намагається описати поведінку електронів, об'єднуючи квантову механіку і приватну теорію відносності Ейнштейна. Таке об'єднання ідей виявилося досить успішним, але в той же час англійський фізик, лауреат Нобелівської премії П. Дірак, автор теорії квантового поля, зізнався: "Схоже, що поставити цю теорію на солідну математичну основу практично неможливо". Другим і набагато більш складним кроком повинна бути інтеграція загальної теорії відносності та квантової механіки, але поки ніхто не має ні найменшого уявлення про те, як це зробити. Навіть такі визнані авторитети, як Нобелівський лауреат С. Вайнберг, визнають, що тільки для створення математичного апарату нової теорії знадобиться сторіччя або два.

З часів Ньютона і Галілея фізики ставлять перед собою завдання дати математичний опис досліджуваного явища. Це математичне опис має бути підтверджено спостереженнями і потім підтверджено експериментально. Ми вже переконалися, що теорії великого вибуху не відповідають цим вимогам. Одним з основних вимог, що пред'являються до фізичних теорій, була простота, але, як ми бачимо, теорії великого вибуху не відповідають і цим критерієм. З кожною новою формулюванням вони беруть все більш і більш вигадливі форми. Ці теорії являють собою як раз те, що так не подобалося Ньютону і Галілею - вигадки, покликані заповнити зяючий прогалину в наших знаннях.

Таким чином, теорії великого вибуху не можуть претендувати на роль наукового пояснення походження Всесвіту. Однак у науково-популярних журналах, телевізійних передачах і в підручниках вчені свідомо намагаються створити враження, що їм вдалося пояснити походження Всесвіту. Як кажуть, не обдуриш - не продаси. Важко уявити собі що-небудь більш далеке від істини.

Як бути з Галактиками?

Ми вже переконалися, що всі спроби космологів втиснути Всесвіт у вузькі рамки своїх матеріалістичних уявлень ні до чого не привели. Більш того, їх теорії не відповідають навіть їх власним уявленням про будову Всесвіту. Наприклад, теорія великого вибуху не може пояснити існування галактик. Уявіть собі геніального вченого, який досконально знає всі сучасні космологічні теорії, але не має поняття про астрономію. Чи зможе він передбачити існування галактик? Ні. Сучасні версії космологічних теорій пророкують лише поява однорідного хмари газу. Щільність цієї хмари до цього часу повинна бути не більше одного атома на кубометр - трохи краще, ніж вакуум. Щоб отримати щось більше, потрібне коригування початкового стану Всесвіту, яку дуже важко науково обгрунтувати. За традицією фізична теорія вважається прийнятною, тільки якщо вона має предсказательной силою. Цінність теорії, яку потрібно довго підганяти, щоб вичавити з неї якісь передбачення, дуже сумнівна.

С. Вайнберг у своїй книзі "Перші три хвилини" пише: "Теорія виникнення галактик представляє собою одну з найважчих проблем астрофізики, проблем, ще дуже далекі від вирішення". "Але потім він відразу обмовляється:" Проте це зовсім інша історія ". Чому ж інша? Це якраз та сама історія! Якщо теорія великого вибуху" не може пояснити походження не тільки самого Всесвіту, але й одного з основних компонентів Всесвіту - галактик, то що ж вона взагалі пояснює? Судячи з усього, не надто багато.

Відсутня маса

Одна з нерозгаданих таємниць Всесвіту: вчені припускають, що галактики можуть бути оточені ореолом невидимої матерії, маса якої в дев'ять разів перевищує їх власну.

Теорія "великого вибуху" повинна, по ідеї, пояснювати будову Всесвіту, але біда в тому, що багато характеристик Всесвіту ще недостатньо вивчені, щоб їх можна було пояснювати. Однією з інтригуючих загадок є проблема "відсутньої маси". "Вимірюючи світлову енергію, що випромінюється Чумацьким Шляхом, можна приблизно визначити масу нашої галактики. Вона дорівнює масі ста мільярдів Сонць. Однак, вивчаючи закономірності взаємодії того ж Чумацького Шляху з прилеглої галактикою Андромеди, ми виявимо, що наша галактика притягається до неї так, як ніби важить у десять разів більше ", пояснює Давид Шрамм, професор Чиказького університету. Таким чином, різниця в масі, певною двома методами, становить 90%. Щоб пояснити це, вчені вирішили списати недолік маси на примарні субатомні частинки, звані "нейтрино". Спочатку нейтрино вважалися невагомими, але, коли треба було, їм приписали масу, щоб "виявити" відсутню масу галактики. Дуже зручно.

Навіть якщо відкласти питання про походження Всесвіту і звернутися до її будовою, ми побачимо, що і тут далеко не все гаразд. Вчені впевнено заявляють, що Всесвіт простягається на Х світлових років і що її вік - У мільярдів років. Вони стверджують, що знають природу всіх основних космічних об'єктів: зірок, галактик, туманностей, квазарів і т.д. У той же час ми не маємо ясного уявлення навіть про галактиці Чумацького Шляху, до якої ми належимо.

Наприклад, в журналі "Сайентіфік Амерікен" відомий астроном Б. Дж. Бок пише: "Я згадую середину сімдесятих років, коли я і мої колеги, дослідники Чумацького Шляху, були абсолютно впевнені в собі ... У той час нікому не могло прийти в голову, що дуже скоро нам доведеться переглянути свої уявлення про розміри Чумацького Шляху, збільшивши його діаметр втричі, а масу вдесятеро ". Якщо навіть такі параметри були настільки кардинально змінені після десятків років спостережень і досліджень, то що можна очікувати від майбутнього?! Чи не доведеться нам ще більш кардинально міняти свої погляди?

Навіть наша власна Сонячна система поки що залишається для нас загадкою. Традиційне пояснення походження планет, згідно з яким планети утворилися в процесі конденсації хмар космічного пилу і газу, має під собою досить хиткий фундамент, так як рівняння, що описують взаємодію газу в цих хмарах, до цих пір не вирішені. В. Мак-Рей, професор університету в Суссексі, колишній президент Королівського Астрономічного товариства, пише: "Проблема походження Сонячної системи продовжує залишатися, мабуть, самої значної з усіх невирішених проблем астрономії".

Сподіваємося, що всього сказаного вище досить для того, щоб переконати будь-якого неупередженого читача у необгрунтованості претензій космологів на те, що стратегія матеріалістичного редукціонізму допомогла їм успішно пояснити походження та природу Всесвіту. У нас немає ніяких підстав стверджувати, що всі відповіді на питання космології обов'язково повинні бути описані простим математичним виразом. Кількісний метод найчастіше не може бути застосований навіть до явищ, куди більш простим і доступним, ніж гігантська Всесвіт. Тому передчасно відкидати альтернативні підходи - підходи, які можуть бути засновані на інших законах і принципах, ніж відомі нам закони фізики.

Інша картина реальності

Логічно не можна виключити можливість участі нефізичних факторів у діяльності Всесвіту, як не можна виключити можливість існування областей космосу, де взагалі не діють відомі нам фізичні закони. Фізик Д. Бем зізнається: "Завжди є ймовірність того, що будуть виявлені принципово інші властивості, якості, структури, системи, рівні, які підпорядковуються зовсім іншим законам природи".

Як ми переконалися, деякі моделі і концепції, такі, як моделі нескінченно пульсуючої і нескінченно делящейся Всесвіту, пропоновані космології, явно суперечать здоровому глузду. Не слід вважати ці концепції забавними курйозами - вони належать до числа найбільш респектабельних гіпотез сучасної космології. Розглянемо кілька ще більш ексцентричних ідей, які обговорюються вченими-космології. Одна з таких теорій - теорія "білої діри" - квазара, фонтаном вивергається галактики Дж. Гриббин, автор книги "Білі діри", запитує: "Чи можливо, щоб білі діри ділилися, так щоб галактики відтворювали себе, подібно амеба, шляхом партеногенезу? З точки зору звичних уявлень про поведінку матерії, це припущення здається таким неправдоподібним, що по-справжньому оцінити його можна, тільки глянувши на стандартні теорії виникнення галактик і, переконавшись, наскільки безнадійні їх спроби пояснити розвиток реальної Всесвіту. Теорія діляться білих дір виглядає як соломинка , за яку хапається потопаючий, проте за відсутності іншої прийнятної альтернативи нам не залишається нічого іншого, як вхопитися за неї ".

Інша теорія, яка серйозно обговорюється космології, - це просторово-часові тунелі або, як їх ще називають, "космічні нори". Вперше серйозно розглянута фізиком Дж. Вілером у роботі "реометродінаміка" (1962 р.), ця теорія до отримала широку популярність завдяки науково-фантастичного серіалу "Зоряні війни". У цих фільмах космічні кораблі подорожують через гіперпростір, здійснюючи міжгалактичні перельоти, які в нормальних умовах зажадали б мільйони років під час руху зі швидкістю світла. У деяких версіях цієї теорії космічні тунелі розглядаються як переходи, що зв'язують минуле і майбутнє або навіть різні всесвіти.

На початку двадцятого століття Ейнштейн ввів поняття четвертого виміру. В даний час у міру того, як виявляються нові слідства рівнянь гравітаційного поля, виведених Ейнштейном, фізикам доводиться вводити нові виміри. Фізик-теоретик П. Девіс пише: "У природи? Додаток до трьох просторових вимірів і одному тимчасовому, які ми сприймаємо у повсякденному житті, існують ще сім вимірювань, які до цього часу ніким помічені не були"

Ми говоримо про все це для того, щоб показати, що навіть вчені-матеріалісти вимушені висувати пояснення природи Всесвіту, які виходять далеко за межі звичних уявлень і не вміщаються в повсякденній свідомості. Щоб зрозуміти їх або навіть просто примиритися з ними, потрібна певна "розтягування" розуму.

У пучині "Великого вибуху"

Особливої ​​уваги і осмислення вимагає найбільш поширена в даний час модель "гарячої" Всесвіту, сполучена з концепцією "Великого вибуху". Не треба думати, що подання про розширення Всесвіту - відкриття ХХ століття. Думки про розширюється Космосі висловлювалися ще в Рігведі і в орфико-пифагорейских космологічних навчаннях. Зрештою електромагнітні хвилі, включаючи світло, від будь-якого ненаправленного і несфокусірованного джерела не можуть бути нічим іншим, окрім як розширюється сферою електромагнітного фронту.

Космологи-релятивісти просто абсолютизували вибуховий характер даного цілком природного процесу. До того ж релятивістські космологічні моделі отримані виключно умоглядним шляхом і зусиллям думки ж довільно перенесені потім на весь Космос. Відповідно до концепції "Великого вибуху", Всесвіт виник з однієї точки, радіусом рівною нулю, але з щільністю рівній нескінченності. Що це за точка, іменована сингулярність, яким чином з нічого з'являється вся невичерпна Всесвіт і що знаходиться за межами сингулярності - про це прихильники і пропагандисти даної гіпотези замовчують. "Великий вибух" стався 10-20 мільярдів років тому (точний вік залежить від величини постійної Хаббла, що вводиться у відповідну формулу).

Ця величина, в свою чергу, може мати різні значення в залежності від методів, що застосовуються для вимірювання відстані від Землі до галактик. У цілому ж тверезий підхід до квазікосмістскім умоглядом типу "Великого вибуху" добре висловив відомий шведський фізик і астрофізик, лауреат Нобелівської премії Х. Альвен. Віднісши дану гіпотезу до розряду математичних міфів і відзначаючи зростання фанатичної віри в нього, він пише: "... Ця космологічна теорія являє собою верх абсурду - вона стверджує, що весь Всесвіт виникла в якийсь певний момент подібно вибухнула атомній бомбі, що має розміри (більше або менше) з шпилькову голівку. Схоже на те, що в теперішній інтелектуальній атмосфері величезною перевагою космології "Великого вибуху" є те, що вона є образою здорового глузду: credo, quia absurdum ("вірую, бо це абсурдно")!

Коли вчені б'ються проти астрологічних нісенітниць поза стін "храмів науки", непогано було б пригадати, що в самих цих стінах часом культивується ще гірша нісенітниця ". У рамках теорії" Великого вибуху "заперечується вічність і нескінченність Всесвіту, тому що Всесвіт мав початок у часі і після навіть максимального терміну в 20 мільярдів років встигла розширитися (роздутися) на обмежене відстань. Що знаходиться за межами радіуса розширення Всесвіту - теж заборонена тема для обговорення. Зазвичай відбуваються нічого не пояснюють твердженнями, зміст яких приблизно такий: Всесвіт така, тому що це випливає з математичних формул. Зокрема, сингулярність виходить шляхом чисто математичних перетворень і потім проектується на космічну реальність.

Взагалі об'єктом релятивістської космології є гранично абстрактні моделі, що спираються на складний математичний апарат. При цьому спочатку вирішуються рівняння або доводиться теорема, а потім вже вирішується питання про те, яким чином слід скорегувати колишнє, не менш абстрактне математичне опис Космосу чи, може, замінити стару космологічну модель на нову. З повною очевидністю він виявляється і в історії з космологічної сингулярність. Вперше релятивістська ідея розширення Всесвіту була сформульована і математично обгрунтована російським вченим А.А. Фрідманом у двадцяті роки. Його учень Дж. Гамов розрахував в кінці сорокових років модель гарячої вибухає Всесвіту, поклавши початок концепції "Великого вибуху". Але широке поширення і впровадження ця теорія отримала лише з середини 1960-х років. Ось як викладає історію питання С. Хокінг - один з найбільш авторитетних сучасних вчених, що вніс великий особистий внесок у розвиток і розповсюдження релятивіст-ської космології (нині Хокінг керує тією самою кафедрою в Кембріджському університеті, яку колись очолював Ньютон, - свідоцтво найвищого визнання у науковому світі). Відправною точкою роздумів Хокінга послужила теорія іншого англійського математика і фізика - Р. Пенроуза. Обгрунтовуючи початок Всесвіту в часі і виходячи з поведінки світлових конусів в загальній теорії відносності, Пенроуз математично показав, що коли зірка стискається під дією власних сил гравітації, вона обмежується областю, поверхня якої врешті-решт стискається до нуля. А раз поверхня цієї області сжімется до нуля - отже, те ж саме повинно відбуватися і з її обсягом. Вся речовина зірки буде зібране в нульовому обсязі, так що її щільність і кривизна простору-часу стануть нескінченними. У даній ситуації і виникає сингулярність, виведена виключно математичним шляхом в рамках тепер вже класичної теореми Пенроуза. У 1965 році Хокінг познайомився з теорією Пенроуза і вирішив поширити її на весь Всесвіт, змінивши при цьому напрям часу на зворотне так, щоб стиск перейшло в розширення. Іншими словами, в математичних рівняннях був замінений знак, що дозволило ввести нову модель Великого Космосу, поєднаного з "Великим вибухом", точкою відліку якого стала сингулярність. Через п'ять років Хокінг опублікував на цю тему роботу вже спільно з Пенроузом. Ось, власне, і все підгрунтя пануючої в даний час моделі Всесвіту, яка в подальшому уточнювалася в деталях, але не в принципі. Див: Пенроуз Р. Гравітаційний колапс і просторово-часові сингулярності / / Альберт Ейнштейн і теорія гравітації. М., 1979. С. 390-395. Див: Хокінг С. Від Великого вибуху до чорних дір: Коротка історія часу. М., 1990. С. 45-50. Показово, що теорія цілком і повністю народилася "на кінчику пера" і виткана з найтоншої математичної павутини. Її можливу відповідність космічної реальності цілком і повністю грунтується на ентузіазмі та активності авторів, підтримують один одного і підтримуваних не менш дружно всіма можливими інформаційними засобами. Насправді нічого, крім майстерною комбінації математичних відносин, що існують у двох варіантах - або в голові теоретика, або в письмовому або надрукованому вигляді, автори "взривотворящіх" космологічних гіпотез запропонувати не можуть.

Тим не менш розробка концепції "Великого вибуху" відбувалася в прискореному режимі. Не зв'язані якими б то не було обмеженнями, теоретики дали повну волю своїй уяві. Особливо їх залучали крайові значення: що було на самому початку і що чекає їх дітище в самому кінці. Проблема "початку" породила неозорий потік публікацій, включаючи швидко завоювали популярність монографії, такі, наприклад, як перекладена на багато мов книга американського фізика, лауреата Нобелівської премії Стівена Вайнберга "Перші три хвилини: Сучасний погляд на походження Всесвіту".

Тут, так би мовити, посекундно розписано, як вела себе матерія, що виникла з нічого, в перші три хвилини свого існування. Але посекундно розкладу виявилося мало. Стали розробляти моделі (повторимо, - суто абстрактно-математичні), що дозволяють представити, що було (точніше - "було б, якби було") зі Всесвіту в перші десяті і навіть соті частки секунди. Особливу популярність отримала так звана "інфляційна модель" Всесвіту, розроблена російським космологам А.Д. Лінде.

У пучині "Великого вибуху" (Частина 2)

Її популярність і швидке визнання були обумовлені тим, що за допомогою нових математичних припущень вдалося подолати виниклі суперечності між двома теоретичними "китами" - космологією і фізичної теорією елементарних частинок. Фахівці з теорії елементарних частинок давно звертали увагу на неясні моменти космології і ставили питання, які здавалися майже метафізичними. Що було до початку розширення Всесвіту? Чому Всесвіт однорідний і изотропна? Чому різні її частини, далеко віддалені один від одного, так схожі, хоча формувалися незалежно? Спочатку здавалося, що відповіді на ці питання виходять за рамки цілей і можливостей науки. Саме тому такий великий інтерес викликала запропонована Лінде теорія інфляційної, що роздувається, Всесвіту, в якій вдалося відповісти на більшу частину наведених питань. Загальна риса різних варіантів інфляційної теорії - існування стадії дуже швидкого (експоненціального) розширення Всесвіту в вакуумоподобном стані з величезною щільністю енергії. Ця стадія і називається стадією інфляції. Після неї вакуумоподобное стан розпадається, які утворюються при цьому частки взаємодіють один з одним, встановлюється термодинамічна рівновага, і лише слідом за цим Всесвіт починає еволюціонувати згідно стандартної моделі "гарячого Всесвіту". У типових моделях інфляції стадія роздування триває всього 10-35 с, але за цей час роздуваються області Всесвіту встигають збільшити свій розмір у 10000000000 | 1010 разів. Натхненний "інфляційним підходом", Стівен Хокінг вирішив довести ультрарелятивістських модель "Великого вибуху" до логічного кінця і відповісти на досить тонке питання: що ж стане з Всесвітом, коли вона завершить еволюцію, визначену математичними рівняннями. Відповідь бентежить своєю нехитрою простотою: вона знову перетвориться на сингулярність, тобто в точку з нульовим радіусом. Хокінг навіть страхає: "Сингулярності не буде лише в тому випадку, якщо уявляти собі розвиток Всесвіту в уявному часу". Ось так: або погоджуйся з сингулярностью, або будеш жити в уявному часу! Жахлива просто перспектива! Добре ще, що вона існує тільки в розігралася теоретичному уяві, а уявне час - така ж математична абстракція, як і сингулярність. Отже, модель "Великого вибуху" - всього лише одна з можливих уявних конструкцій, плід гри теоретичної думки. Розрахунковий вік Землі, що перевищує за сучасними геофізичними даними 10 мільярдів років, і вимірювання ізотропного віку метеоритів не вписуються в релятивістські тимчасові параметри Всесвіту, що передбачають її початок в результаті Великого вибуху, а по суті спростовують їх. Так, вік гірських порід, отриманих в Кольської надглибокої свердловини, оцінюється в 13 мільярдів років. Або інший факт. Ще в 1980-і роки був відкритий квазар, світло від якого за розрахунками астрономів йде до земного спостерігача більше 60 мільярдів років. Значить, стільки ж існує і сам квазар, який ніяк не вписується в прокрустове ложе гіпотези "Великого вибуху".

Значить, не менше вказаного строку існує і дана ділянка Всесвіту. І сам Всесвіт! Сам же Хокінг, коли він спробував внести корективи в початкові уявлення про сингулярності, не зустрів жодної підтримки в колі однодумців: джин, як то кажуть, був випущений з пляшки. Це наочно демонструє простий факт: з одного боку, самі суворі математичні висновки в будь-який час можна міняти на діаметрально протилежні (як це й було зроблено Хокінгом: в теоремі Пенроуза напрямок часу було змінено на протилежне, а в подальшому було введено поняття уявного часу); з іншого боку, вчений світ вільний приймати або не приймати навіть самі бездоганні математичні викладки. (Ось воно зайве підтвердження стосовно сучасної ситуації в науці відомої тези Н. Ф. Федорова про "небратських" відношенні між вченими, для подолання якого необхідно оволодіння принципами "космічної етики".) Подібна "методологія", природно, досить повним свавіллям. Так, спроба описати простір навколо обертається "чорної діри" за допомогою еліпсоїдального системи координат (так зване рішення Керра, що допускає нескінченно велике число всесвітів минулого і майбутнього) - розрахунки виконані всі тим же Пенроузом і оформлені їм у вигляді наочних діаграм - і екстраполяція отриманих висновків на навколишній світ призводить до наступної картини Всесвіту. "Уявімо собі, наприклад, космонавта, що вилетів із Землі і нирнувшего в обертову або заряджену чорну діру. Трохи промандрував там, він виявить Всесвіт, що є його ж власної, лише на 10 хвилин більш ранньої у часі. Увійшовши в цю більш ранню Всесвіт, він виявить, що все йде так, як було за кілька хвилин до його відправлення. Він може навіть зустріти самого себе, повністю готового до посадки в космічний корабель. Зустрівши самого себе, він може розповісти собі ж, як він славно помандрував. Потім, удвох з самим собою, він може ... знову повторити той же політ! ". Спроби критично осмислити подібні допущення або висунути контраргументи наштовхуються нерідко на далеко не наукове протидію. Про це говорять багато західних автори. Американський астроном Дж. Бербідж спробував проаналізувати причини дивної популярності гіпотези "Великого вибуху", в основі якої лежать неперевірені припущення. Перш за все приголомшив темп її поширення: на Заході конференції, присвячені даній космологічної моделі, проводяться в середньому раз на місяць. У підручниках релятивістська модель викладається як доведена раз і назавжди і єдино можлива. Опублікувати в науковому виданні альтернативну статтю практично неможливо через наявність жорстокої цензури. Прихильником альтернативних підходів надзвичайно важко отримати фінансову підтримку (у той час як для релятивістів вона йде широким потоком) і навіть час для спостережень на телескопі. Так, відомому астроному Х. Арпу було відмовлено у спостереженнях найбільшими американськими обсерваторіями, оскільки метою його досліджень були пошуки фактів проти релятивістської космологічної моделі. А адже Х. Арпу належить заслуга у відкритті подвійних галактик, пов'язаних один з одним туманними струменями. При цьому червоне зміщення у двох взаємозалежних об'єктів виявилося абсолютно різним, що, природно, не вписувалося ні в гіпотезу "Великого вибуху", ні навіть в тлумачення факту червоного зсуву. Вільне оперування теоретичними конструкціями, без їх сполучення з науковою (а в даному випадку - космістской) методологією призводить до відриву від матеріальної дійсності результатів математичних операцій і як наслідок - до найпарадоксальнішим і неймовірним висновків. Підтвердженням тому може служити гіпотеза "фрідмонов" М.А. Маркова. Відповідно до цієї гіпотези, "Всесвіт у цілому може виявитися мікроскопічної часткою. Мікроскопічна частка може містити в собі цілий Всесвіт".

Подібні мікроскопічні об'єкти, "всередині" яких можуть знаходитися зоряні системи, галактики, цивілізації, отримали назву "фрідмонов" (на честь А. А. Фрідмана). Висунуті положення наочно ілюструються за допомогою знаменитого "демона Максвела" - гіпотетичного істоти, здатного опинитися в будь-який неймовірній ситуації і описати її. Ось що побачив би такий "демон" при польоті через Всесвіт, що представляє собою "фрідмонов". Рухаючись від центру нашої Всесвіту, "максвеллівським демон", пройшовши ультрамакроскопіческіе відстані між галактиками, врешті-решт виявився б в деякій області, де наш світ за допомогою мікроскопічної горловиною сфери пов'язаний з іншим, "зовнішнім" по відношенню до нашого, простором. Але якщо б допитливий "демон" протиснувся крізь горловину за межі "фрідмонов" і глянув з боку на наш Всесвіт, то з подивом виявив би, що ззовні вона представляється мікроскопічним об'єктом. Висновок про макро-мікроскопічної Всесвіту базується на суворому і оригінальному математичному розрахунку. Але чи означає це, що пропоноване рішення і є абсолютною "формулою світу", що розкриває самі що ні на є фундаментальні закономірності рухомої матерії? Анітрохи. Згадана формула є однією з незліченної безлічі можливих і настільки ж рівноправних моделей і формул, кожна з яких буде описувати цілком певну (нову в кожному окремому випадку) сукупність об'єктивних природних відносин. У моделі "фрідмонов" враховується співвідношення напівзамкнутому неевклідової сфери з різними величинами її радіуса, а також з гравітаційної та світлової константами, повними електричним зарядом системи і масою речовини, що міститься в межах описуваної Всесвіту. При певних значеннях заданих величин, і зокрема - радіуса сфери, її поверхня може збільшуватися від нуля до деякого максимуму, а потім зменшуватися, стягуючи в одну точку. Не дивно, що виходять саме такі результати. Відносини математичних величин нерідко звертаються в нуль. Точно так само відношення двох нескінченно великих (у математичному сенсі) евклідових сфер може реалізуватися в одній нескінченно малою (знову-таки в математичному сенсі) точці: наприклад, при зіткненні таких сфер.

У наявності об'єктивне ставлення, при якому нескінченно велике переходить в нескінченно мале (чи навпаки) і онтологію якого легко можна зрозуміти, використовуючи філософські космістскіе принципи. Таку геометричну модель можна наповнити і певним фізичним змістом. Але чи дасть це право звертати її в узду для нескінченного Всесвіту? Ні, тому що у конкретні відносини, з яким би ступенем повноти вони не були б пізнані, не можна втиснути невичерпні матеріальні відносини. Ні, тому що нескінченна і вічно рухома Всесвіт не зводиться до одних лише відносинам. Разом з тим розуміння суті відносин, властивих їм об'єктивних закономірностей, включаючи і закономірності їх відображення в наукових поняттях і теоріях, допомагають скласти правильне уявлення про матеріальну дійсності і на цій основі побудувати єдину наукову картину світу. У 60-ті роки нинішнього століття було виявлено мікрохвильове фонове випромінювання, рівномірно заповнює весь космічний простір. Воно являє собою радіохвилі міліметрового діапазону, що поширюються по всіх напрямах. Таємниче явище було відкрито американськими радіоастрономії Арно Пензиасом і Робертом Вільсоном, за що обидва були удостоєні Нобелівської премії. "Фотонний газ" рівномірно заповнює весь Всесвіт. Його температура близька до абсолютного нуля - близько 3К. Зате енергія, зосереджена в ньому, - перевищує світлову енергію всіх зірок і галактик, разом узятих, за весь час їх існування. Нововідкрите явище негайно було витлумачено як температурно ослаблене випромінювання, що утворилося разом зі всього Всесвіту в результаті Великого вибуху 10-20 мільярдів років тому. За час, що минув ці, по-іншому звані ще "реліктовими", фотони нібито встигли охолонути до температури близько трьох градусів за шкалою Кельвіна. "Нормальними" і "ослабленими" світловими квантами наповнено все космічний простір: на кожен протон припадає кілька десятків мільйонів фотонів. Так що ж являє собою це загадкове "реліктове" випромінювання? І чи можна говорити про "реліктових" фотонах? Представляється, що особливої ​​уваги на цей рахунок заслуговує думка відомого фахівця в галузі космічної проблематики професора Василя Петровича Селезньова, дійсного члена Академії космонавтики ім. К.Е. Ціолков-ського, керівника секції загальної фізики Московського товариства випробувачів природи. Існування фонового випромінювання, рівномірно заповнює всі космічний простір, - вважає академік, - є експериментально встановленим фактом. Пояснити фізичну природу такого випромінювання виявилося досить важко. Інтуїція деяких дослідників не без підстави направила на пошуки причин у маловивчену область знання - космологію, пов'язану з походженням всієї нашої Всесвіту. Однак у цьому пошуку чомусь взяв гору односторонній підхід: до уваги береться тільки одна передбачувана причина виникнення "реліктового" випромінювання (так званий "Великий вибух") і не розглядаються інші альтернативні рішення. Цілком природно, сам по собі "Великий вибух", що відтворює нібито механізм зародження Всесвіту з точки нульового обсягу (тобто з "нічого"), не витримує ніякої критики. Тому його не можна вважати дійсною причиною фонового випромінювання. Більш обгрунтовано зародження та поширення фонового випромінювання можна пояснити нитка, розглядаючи модель обертається Всесвіту. Накопичений людством науковий і практичний досвід в області земної і небесної механіки показує, що рухи планет відносно Сонця, самого Сонця щодо Галактики, а також безлічі зоряних систем і галактик щодо один одного здійснюються під дією двох видів сил - сил гравітаційного тяжіння тіл (сил всесвітнього тяжіння ) і сил інерції мас цих тіл.

Якщо б сили інерції були відсутні, то всі небесні тіла під дією всесвітнього тяжіння злилися б в єдине "тіло". Проте, як відомо з повсякденного досвіду, Місяць не падає на Землю, Земля не падає на Сонце і т.д., а всі вони рухаються відносно один одного по різних орбітах, зберігаючи в будь-який момент часу умова динамічної рівноваги сил гравітаційного тяжіння і сил інерції . Цей загальний для всього Всесвіту закон механіки призводить до того, що галактики обертаються не тільки навколо своїх центрів мас, але і відносно один одного, а отже, обертається і вся Метагалактика. Подібне обертання зоряного неба з кутовий швидкістю порядку 10-5 кутовий секунди на рік спостерігається експериментально. Де б не знаходився спостерігач в межах Метагалактики, він міг би виявити таке обертання зоряного неба експериментальним шляхом. Таким чином, і земний житель теж є учасником обертання Метагалактики. Що ж він побачить, розглядаючи випромінювання далеких зірок і галактик? Уявімо простір за межами Метагалактики, що містить величезна кількість зірок і галактик, зв'язаних між собою силами всесвітнього тяжіння. Це простір обертається як єдине ціле, на зразок величезного дископодібного тіла, завдяки чому сили всесвітнього тяжіння врівноважуються силами інерції небесних тіл (відцентрові сили), не даючи можливості цих тіл злитися в одне спільне тіло. У якийсь довільної частини цього простору знаходиться спостерігач (точка А), а на відстані R від нього - небесне тіло В, випромінює в усі сторони потоки світла. Внаслідок обертання Метагалактики з кутовою швидкістю w лінія АВ також обертається з тією ж кутовою швидкістю. Окружна швидкість V точки В відносно точки А буде дорівнює V = wR, а напрямок вектора буде перпендикулярно лінії АВ. Якщо небесне тіло випромінює світло на всі боки зі швидкістю світла С, то в напрямку спостерігача швидкість потоку фотонів повинна складатися. Отже, швидкість світлового потоку С1 буде менше швидкості випромінювання С, що викличе доплеровский ефект, супроводжуваний червоним зміщенням у спектрі світла, сприйманого спостерігачем. У розглянутому прикладі відстань АВ не змінюється, а причиною спостережуваного червоного зсуву виступає обертання Метагалактики. Чим більше R, то більша зростає поперечна складова швидкості V (при постійній величині кутовий швидкості w). Можна уявити собі і граничне значення R, при якому швидкість V буде досягати величини швидкості світла С. У цьому випадку С1 = 0, і світло, випромінюваний небесним тілом, не буде досягати спостерігача. По суті, з цієї умови може бути знайдена кордон видимої частини Метагалактики, далі якій спостерігач не зможе побачити небесні тіла, оскільки світло від них не доходить до нього. Враховуючи значення w = 10-4 кутовий секунди на рік і V = С, отримаємо граничне відстань R = Rпред до кордонів видимої частини Метагалактики близько 1,8 Ч1028 см (близько 19 мільярдів світлових років). У зв'язку з цим вирішується і так званий фотометричний парадокс, згідно з яким нічне небо в разі нескінченного числа зірок має виглядати як розпечене Сонце. Насправді згідно розглянутої моделі в межах видимої частини Метагалактики спостерігається обмежене число зірок і галактик, внаслідок чого нічне небо слабо освітлене. У розглянутій моделі обертається Всесвіті існують периферійні області, близькі до кордонів видимої частини Метагалактики, у яких світло від небесних тіл доходить до спостерігача з дуже малою швидкістю. Характеристики подібних світлових потоків, що йдуть з усіх боків від периферійних областей Метагалактики, повністю відповідають "реліктовим" випромінюванням, виявленим в космічному просторі.

Таким чином, для з'ясування природи випромінювання достатньо розглянути особливості поширення світла в Метагалактиці, грунтуючись на відомих законах небесної механіки. Див: Дьомін В.М., Селезньов В.П. Світобудову осягаючи: Кілька діалогів між філософом і натуралістом про сучасну наукову картину світу. Професор Селезньов, безперечно, має рацію. Залишається зробити загальний висновок. При вирішенні актуальних проблем сучасної науки тільки цілісне філософсько-космістское осмислення забезпечує глибоко інтегроване проникнення в саму сутність об'єктивних закономірностей, що виражаються в першу чергу в нерозривній єдності макро-і мікрокосмічною аспектів природної та соціальної дійсності. Загалом і в цілому це збігається з основними напрямками розвитку сучасного природознавства, пов'язаними з природничо-математичних обгрунтуванням таких концептуальних феноменів, як єдина теорія поля, "велике об'єднання" фундаментальних взаємодій, різні моделі фізичного вакууму та ін При цьому філософські принципи космізму озброюють дослідників апробованої методологією, що допомагає у визначенні правильності вибору теоретичних пріоритетів.

Протопланетні хмара

Рух планет у Сонячній системі впорядкування: вони обертаються навколо Сонця в одному напрямку і майже в одній площині. Відстані від однієї планети до іншої зростають закономірно. Орбіти планет близькі до кіл, що і дозволяє їм обертатися навколо Сонця мільярди років, не зіштовхуючись один з одним.

Якщо рух планет підкоряється тому ж порядку, то й процес їх утворення повинен бути єдиним. Це показали у XVIII ст. Іммануїл Кант і П'єр Лаплас. Вони прийшли до висновку, що на місці планет навколо Сонця спочатку оберталася туманність з газу і пилу.

Але звідки взялася ця туманність? І яким чином газ і пил перетворилися у великі планетні тіла? Ці питання залишалися невирішеними в космогонії XIX і початку XX ст. Каменем спотикання була і проблема моменту кількості руху планет. Маса всіх планет системи в 750 разів менше маси Сонця. При цьому на частку Сонця припадає лише 2% загального моменту кількості руху, а інші 98% укладені в орбітальному обертанні планет.

Впритул цими проблемами наука зайнялася лише в другій половині XX ст. Майже до кінця 80-х рр.. ранню історію нашої планетної системи доводилося "відтворювати" лише на основі даних про неї саму. І тільки до 90-х рр.. стали доступні для спостережень невидимі раніше об'єкти - газопилові диски, що обертаються навколо деяких молодих зірок, схожих з Сонцем.

Газопилової туманності, в якої виникли планети, їхні супутники, дрібні тверді тіла - метеорів-Іди, астероїди і комети, називають протопланетним (або допланет-ним) хмарою. Планети обертаються навколо Сонця майже в одній площині, а значить, і саме газопилову хмара мало уплощенную, чечевіцеоб-різну форму, тому його називають ще диском. Вчені вважають, що і Сонце, і диск утворилися з однієї і тієї ж обертається маси міжзоряного газу - протосонячній туманності.

Початкова фаза протосонячній туманності - предмет дослідження астрофізики і зоряної космогонії. Вивчення ж її еволюції, що призвела до появи планет, - центральне завдання космогонії планетної.

Вік Сонця налічує трохи менше 5 млрд років. Вік найдавніших метеоритів майже такий же: 4,5-4,6 млрд років. Настільки ж старі і рано затверділі частини місячної кори. Тому прийнято вважати, що Земля та інші планети сформувалися 4,6 мільярди років тому. Сонце належить до зірок так званого другого покоління Галактики. Найстаріші її зірки значно (на 8-10 млрд років) старше Сонячної системи. У Галактиці є й молоді зірки, яким всього 100 тис. - 100 млн років (для зірки це зовсім юний вік). Багато хто з них схожі на Сонце, і по них можна судити про початковий стан нашої системи. Спостерігаючи кілька десятків подібних об'єктів, вчені прийшли до наступних висновків.

Розмір допланетного хмари Сонячної системи повинен був перевищувати радіус орбіти останньої планети - Плутона. Хімічний склад молодого Сонця і оточував його газопилової хмари-диска, мабуть, був однаковий. Загальний вміст водню і гелію досягало в ньому 98%. На частку всіх інших, більш важких елементів припадало лише 2%; серед них переважали леткі сполуки, що включають вуглець, азот і кисень: метан, аміак, вода, вуглекислота. іншими методами і в інших галузях знання.

Розрахунки показують, що в межах орбіти Плутона, тобто диска радіусом 40 а. е., загальна маса всіх планет разом із загубленими до теперішнього часу летючими речовинами повинна була становити 3-5% від маси Сонця. Таку модель хмари називають хмарою помірно малої маси, вона підтверджується і спостереженнями навколозоряних дисків.

Якби маса хмари була порівнянна з масою центрального тіла, то повинна була б утворитися зірка - компаньйон Сонця (або ж треба знайти пояснення викиду величезних надлишків речовини з Сонячної системи).

Найменш вивчена сама рання стадія - виділення протосонячній туманності з гігантського батьківського молекулярного хмари, що належить Галактиці.

Освіта допланетного тел

У 40-х рр.. академік Отто Юлійович Шмідт висунув стала загальноприйнятою гіпотезу про утворення Землі та інших планет з холодних твердих допланетного тіл - плані-тезималей. Поширена раніше точка зору, що планети "- це невеликі залишки колись розпечених гігантських газових згустків сонячного складу, які втратили леткі речовини, зайшла в суперечність з науками про Землю.

Земля, як показують дослідження, ніколи не проходила через вогненно-рідкий, тобто повністю розплавлене стан. Досліджуючи крок за кроком еволюцію допланетного диска, вчені отримали послідовність основних етапів розвитку газопилового диска, що оточував Сонце, в систему планет.

Початковий розмір хмари перевищував сучасний розмір планетної системи, а його склад відповідав тому, який спостерігається в міжзоряних туманностях: 99% газу і 1% пилових частинок розмірами від часток мікрометра до сотень мікрометрів. Під час колапсу, тобто падіння газу з пилом на центральне ядро ​​(майбутнє Сонце), речовина сильно розігрівалася, і міжзоряне пил частково або повністю випаруватися. Таким чином, на першій стадії хмара складалося майже цілком з газу, притому добре перемішаного завдяки високої турбулентності - різноспрямованого, хаотичного руху частинок.

У міру формування диска турбулентність стихає. Це займає небагато часу - близько 1000 років. При цьому газ охолоджується і в ньому знову утворюються тверді пилові частинки. Таким є перший етап еволюції диска.

Для остигаючого допланетного хмари характерний дуже низький тиск - менше десятитисячний частки атмосфери. При такому тиску речовина з газу конденсується безпосередньо в тверді частинки, минаючи рідку фазу. Першими конденсуються самі тугоплавкі сполуки кальцію, магнію, алюмінію та титану, потім магнієві силікати, залізо і нікель. Після цього в газовому середовищі залишаються лише сірка, вільний кисень, азот, водень, всі інертні гази і деякі летючі елементи.

У процесі конденсації стають активними пари води, що окислюють залізо і утворюються гідрати-рова з'єднання. Основні ж космічні елементи - водень і гелій - залишаються в газоподібній формі. Для їх конденсації потрібні були б температури, близькі до абсолютного нуля, ні за яких умов недосяжні в хмарі.

Хімічний склад порошин у допланетного диску визначався температурою, яка падала в міру віддалення від Сонця. На жаль, розрахувати зміну температури в допланетного хмарі дуже важко. Хімічний склад планет земної групи показує, що вони складаються в основному з речовин, конденсованих при високих температурах. У складі ближньої частини поясу астероїдів переважають кам'янисті тіла. У міру віддалення від Сонця в поясі астероїдів збільшується кількість тіл, які містять збагачені водою мінерали і деякі летючі речовини. Їх вдалося виявити в метеоритах, які є осколками астероїдів. Серед малих планет, мабуть, немає або дуже небагато крижаних тіл. Отже, межа конденсації водяного льоду повинна була проходити за ними, не ближче зовнішнього краю пояса астероїдів - в три з гаком рази далі від Сонця, ніж Земля.

У той же час найбільші супутники Юпітера - Ганімед і Каллі-сто - наполовину складаються з води. Вони перебувають на значно більшій відстані від Сонця, ніж пояс астероїдів. Значить, водяний лід конденсувався у всій зоні утворення Юпітера. Починаючи з орбіти Юпітера і далі в допланетного хмарі повинні були переважати крижані порошинки з вкрапленнями більш тугоплавких речовин. У галузі зовнішніх планет, при ще більш низькій температурі, у складі пилинок виявилися льоди метану, аміаку, тверда вуглекислота й інші замерзлі леткі сполуки. Подібний склад в даний час мають ко-Метні ядра, залітають в околиці Землі з далекої периферії Сонячної системи.

Перші конденсати - порошини, крижинки - відразу після своєї появи починали рухатися крізь газ до центральної площини хмари. Чим крупніше були частинки, тим швидше вони осідали, тому що при своєму русі більші частки (на відміну від дрібних) зустрічають менший опір газу на одиницю їх маси.

На другому етапі завершувалося освіту тонкого пилового шару - пилового субдіска - у центральній площині хмари. Розшарування хмари супроводжувалося збільшенням розмірів частинок до декількох сантиметрів. Стикаючись один з одним, частки злипалися, при цьому швидкість їх руху до центральної площини збільшувалася і зростання теж прискорювався.

У деякий момент щільність пилу в субдіске наблизилася до критичного значення, перевищивши щільність газу вже в десятки разів. При досягненні критичної щільності пиловий шар робиться гравітаційно нестійким. Навіть дуже слабкі ущільнення, випадково що виникають у ньому, не розсіюються, а, навпаки, з часом згущуються. Спочатку в ньому могла утворитися система кілець, які, ущільнюючи, також втрачали свою стійкість і на третьому етапі еволюції диска розпадалися на безліч окремих дрібних згустків. Через обертання, успадкованого від обертового диска, ці згустки не можуть відразу стиснутися до густини твердих тіл. Але, стикаючись один з одним, вони об'єднуються і все більше ущільнюються. На четвертому етапі утворюється рій допланетного тел розміром близько кілометра; первісне число їх досягає багатьох мільйонів.

Описаний шлях освіти тел можливий, якщо пилової субдіск дуже плоский: його товщина повинна бути в багато разів менше діаметра. Такі об'єкти існують і нині, наприклад кільця Сатурна.

Інший шлях формування допланетного тел крім гравітаційної конденсації - це їх прямий зростання при зіткненнях дрібних частинок. Вони можуть злипатися лише при невеликих швидкостях зіткнень, при досить розпушеному поверхні контакту або у разі підвищеної сили зчеплення.

Такі тіла, яким би з двох шляхів вони ні виникли, послужили будівельним матеріалом для формування планет, супутників і метеорних тіл.

Вчені припускають, що доплив-нетние тіла, що утворилися на периферії хмари при дуже низькій температурі, збереглися до цих пір в кометному хмарі, куди вони були закинуті гравітаційними збуреннями планет-гігантів.

Акумуляція планет

Освіта допланетного тіл в газопиловій хмарі тривало десятки тисяч років - вкрай незначний термін в космогонічної шкалою часу. Подальше об'єднання тіл у планети - акумуляція планет - набагато більш тривалий процес, що зайняв сотні мільйонів років. Детально відновити його дуже важко: подальша геологічна стадія, що триває вже більше 4 млрд років, до теперішнього часу стерла особливості початкового стану планет.

Допланетного рій представляв собою складну систему великої кількості тел-планетезималей. Вони володіли неоднаковими масами і рухалися з різними швидкостями. Окрім загальної для всіх тіл на даному відстані від Сонця швидкості обертання по орбіті ці тіла мали додаткові індивідуальні швидкості з випадково розподіленими напрямками. У допланетного хмарі найчисельнішими завжди були дрібні частинки і тіла. Меншу частку становили тіла проміжних розмірів. Великих тіл, порівнянних з Місяцем або Марсом, було зовсім мало.

Еволюція хмари вела до того, що саме в небагатьох великих тілах зосереджувалася основна маса всього планетної речовини. Ця ієрархія збереглася і до наших днів: сукупна маса планет набагато вищою від загальної маси всіх малих тіл - супутників, астероїдів, комет і пилових частинок.

Великі тіла своїм гравітаційним впливом поступово збільшують хаотичні швидкості планеті-зімалей. Кожне зближення двох тіл змінює характер їх руху по навколосонячних орбітах. Як правило, орбіти стають більш витягнутими і більше нахиленими до центральної площини. Таким чином, протягом цього етапу йде "розгойдування" системи від дуже плоского диска до більш стовщеної. При цьому тіла набувають тим більші хаотичні швидкості, чим менше їх маса, і навпаки.

Зростають тіла дуже нерівномірно. Найбільше з них у будь-кільцевої зоні, де орбіти інших тіл перетинаються з орбітою його, отримує привілейоване становище і в перспективі може стати зародком планети.

Роль зіткнень можна пояснити на прикладі сучасного поясу астероїдів, де наслідки ударів неоднакові для різних тіл. У нинішній час хаотичні швидкості астероїдів складають приблизно 5 км / с; з такими ж швидкостями вони стикаються з дрібними тілами. Енергія удару при падінні тіла на поверхню астероїда зазвичай така велика, що руйнується не тільки саме тіло, що впало, а й частина астероїда. Утворюється ударний кратер, викиди з якого розлітаються зі швидкостями сотні метрів в секунду. Розлітаються речовина знову падає на поверхню астероїда тільки в тому випадку, якщо він має достатній тяжінням.

Всі астероїди сучасного пояса втрачають масу при зіткненнях. Лише кілька найбільших (з радіусами більше 200 км) у кращому випадку здатні зберегти свою масу. Точно так само і зіткнення планетезималей призводили до зростання лише найбільш великих з них.

Остаточне формування планет

Внутрішню частину Сонячної системи утворюють планети земної групи - Меркурій, Венера, Земля і Марс. Склад цих планет свідчить, що їх зростання відбувалося за відсутності легких газів за рахунок кам'янистих частинок і тіл, що містили різну кількість заліза та інших металів.

Головна умова зростання тіл при зіткненнях - їхні низькі відносні швидкості на початковому етапі. Щоб тіла досягли кілометрових розмірів, хаотичні швидкості не повинні перевищувати 1 м / с. Це можливо, тільки якщо немає сильного впливу ззовні. У зоні росту планет земної групи зовнішні впливи були слабкі, лише в зоні Марса позначився вплив Юпітера, уповільнює його ріст і зменшує масу. У поясі астероїдів, навпаки, явно простежується обурює вплив сусідньої планети-гіганта Юпітера. Стадія об'єднання планетезималей в планети та їх зростання тривала більше 100 млн років.

Період дисипації (розсіювання) газу із зони земних планет тривав не більше 10 млн років. В основному газ видувається сонячним вітром, тобто потоками заряджених часток (протонів і електронів), що викидаються з поверхні Сонця зі швидкостями сотні кілометрів на секунду.

Сонячний вітер очистив від газу не тільки область планет земної групи, а й більш віддалені простору планетної системи. Однак планети-гіганти Юпітер і Сатурн вже встигли увібрати в себе величезну кількість речовини, переважну частину маси всієї планетної системи.

Як же формувалися планети-гіганти? Їх зародки могли виникати двома шляхами: через гравітаційну нестійкість газових мас доплив-нетного диска або шляхом наростаючого захоплення газової атмосфери на масивному ядрі з планетезималей.

У першому випадку маса допланет-ного хмари повинна була становити значну частку маси Сонця, а склад планет-гігантів повинен збігатися з сонячним. Ні те ні інше не відповідає фактам. Дослідження останніх років показали, що в ядрах Юпітера й Сатурна, мабуть, присутні елементи важче водню й гелію, складові щонайменше 5-6% маси планети. Це істотно більше, ніж можна було б очікувати при сонячному змісті хімічних елементів. Значить, більш вірогідний другий шлях: спочатку, як і в планет земної групи, утворюється масивне ядро-зародок з кам'янистих і крижаних планетезималей, а потім воно нарощує воднево-гелієву оболонку.

Процес приєднання речовини називають акрецією. Починаючи з одного-двох мас Землі, тіло може не тільки утримувати газову атмосферу на поверхні, але і в прискорюваному темпі захоплювати нові порції газу, якщо на шляху його руху є газове середовище. Акреція припиняється лише тоді, коли газ повністю вичерпаний. Тривалість цього процесу набагато коротше, ніж стадія утворення ядра-зародка. За розрахунками вчених, зростання ядра Юпітера тривав десятки, а ядра Сатурна - сотні мільйонів років.

Поки ядро, занурене в газ, невелика, воно приєднує лише невелику атмосферу, що знаходиться в рівновазі. Але при деякій критичній масі (2-3 маси Землі) газ починає у зростаючому темпі випадати на тіло, сильно збільшуючи його масу. На стадії швидкої акредитації й ції всього за кілька сот років Юпітер виріс до маси, що перевищує 50 мас Землі, поглинувши газ зі сфери свого гравітаційного впливу. Потім швидкість акреції впала, тому що газ міг надходити до планети лише шляхом повільної дифузії з більш широкої зони диска.

Одночасно Юпітер продовжував рости за рахунок твердих планетезималей, а ті, що не були ним поглинені, могли бути відкинуті його тяжінням або всередину, в зону астероїдів і зону Марса, або геть з Сонячної системи. Юпітер повідомляв твердим тілам швидкості більше швидкості звільнення: для того щоб залишити Сонячну систему з орбіти Юпітера, достатньо швидкості всього 18 км / с, а тіло, пролітає від Юпітера на відстані кількох його радіусів, розганяється до десятків кілометрів на секунду.

Сатурн формувався аналогічним чином. Але його ядро ​​зростало не так швидко і досягло критичної маси пізніше. До цього часу з-за дії сонячного вітру газу залишилося менше, ніж у зоні Юпітера до початку його акреції. Ось чому в порівнянні з Юпітером Сатурн містить у декілька разів більше конденсованого речовини і ще сильніше відрізняється за складом від Сонця.

Уран і Нептун росли ще повільніше, а газ з зовнішньої зони діссіпі-рова швидше. Коли ці планети досягли критичної маси, газу в їх зонах майже не залишилося. Тому на частку водню і гелію доводиться лише близько 10% маси Урану, Нептун ж містить їх ще менше. Головними складовими цих тіл є вода, метан і аміак, а також оксиди важких елементів; гази входять до планетні атмосфери.

Двоступенева схема утворення планет-гігантів (формування ядер з конденсованих речовин і газова акреція на ці ядра) підтверджується фактами. По-перше, з'ясувалося, що сучасні маси ядер Юпітера й Сатурна, а також маси Урана і Нептуна без їх атмосфер мають близькі значення: 14-20 мас Землі, тоді як частка газів - водню і гелію - в них закономірно зменшується в міру віддалення від Сонця. По-друге, існують такі "речові докази" ранньої історії планет-гігантів, як їх супутники та кільця. Акреція газу на планети супроводжується утворенням навколо них газопилових дисків, в яких формуються супутники.

На стадії швидкої акреції звільнялося величезна кількість енергії, і верхні шари планет сильно нагрівалися. Максимальна температура поверхні Юпітера й Сатурна, мабуть, становила кілька тисяч градусів - майже як у зірок. У диску Юпітера, де формувалися його супутники, на близьких відстанях від планети температура була вище точки конденсації водяної пари, а на більш далеких - нижче. І дійсно, ближні супутники Юпітера, включаючи Іо і Європу, складаються з кам'янистих речовин, а більш віддалені - Ганімед і Каллі-сто - наполовину з водяного льоду. У Сатурна в диску температура була нижчою, тому лід там конденсувався на всіх відстанях (частки кілець Сатурна і всі його близькі супутники - крижані).

Освіта астероїдів і комет

Загальна маса всіх астероїдів, що заповнюють зону на відстані 2 - 4 а. е. від Сонця, не перевищує маси Місяця. Якщо речовина в допланетного диску розподілялося досить рівномірно, то спочатку в зоні астероїдів могло міститися в 100 - 1000 разів більше речовини, ніж в даний час.

Пояс астероїдів - це не відбулася планета. Таке визначення вперше дав О. Ю. Шмідт, який припустив, що процесу акумуляції планети завадило сусідство масивного Юпітера. Сьогодні ясно, що справа йшла складніше.

Високі хаотичні швидкості астероїдів (5 км / с) не могли бути породжені сучасними збуреннями Юпітера навіть за досить тривалі проміжки часу. Самі астероїди абсолютно нездатні зробити подібну "розгойдування" (гравітаційні обурення для цього занадто малі). Отже, шукати причину великих хаотичних швидкостей, а заразом і "спустошення" астероїдний пояс потрібно в минулому, в процесі акумуляції планет. У ньому прихований відповідь на питання, чому саме зростання Юпітера міг обігнати освіта планети, ближчою до Сонця.

При однаковій щільності конденсованої речовини в зоні "харчування" планета формується тим швидше, чим коротше її період обертання навколо Сонця. В астероїдів період обертання становить 3 - 6 років, а у Юпітера - близько 12 років. У всіх моделях допланетного диска щільність зі збільшенням відстані від Сонця зменшується. Як же пояснити перевагу Юпітера?

Вчені довели, що в межах зони астероїдів леткі речовини були присутні в газоподібному стані, тоді як на відстані Юпітера проходив кордон конденсації водяної пари. Це призвело до того, що зростання допланетного тіл в зоні Юпітера прискорився: гравітаційна нестійкість проявилася раніше; згущення (в основному крижані) були більше, ніж у зоні астероїдів; тверді тіла, в які вони перетворювалися, росли набагато стрімкіше.

Гравітаційні обурення Юпітера особливо сильно діють на астероїди, періоди обертання яких навколо Сонця сумірні з періодом Юпітера. Їх орбіти стають витягнутими, вони можуть перетинати орбіту Марса і навіть Землі. Їх осколками є метеорити, що випадають на Землю. Речовий склад метеоритів свідчить про те, що астероїди сформувалися як окремі тіла 4,6 млрд років тому, тобто в ту ж епоху, що і планети.

Комети представляють собою невеликі тіла поперечником 5-10 км. Складаються вони в основному з водяного льоду з вкрапленнями льодів летючих сполук, здатних конденсуватися лише при дуже низьких температурах.

Розглядалися два варіанти походження комет: у міжзоряному просторі і на периферії Сонячної системи. Кометні орбіти - не параболи, а скоріше дуже витягнуті еліпси з великими півосями близько 100 тис. астрономічних одиниць (крім короткоперіодіче-ських комет з невеликими розмірами орбіт). Тому комети повинні належати Сонячній системі.

За сучасними уявленнями, комети - побічний продукт утворення планет-гігантів. Це крижані планетезімали, занедбані формувались планетами - Юпітером, Сатурном, Ураном і Нептуном - на дуже далеку периферію нашої системи. Там комети утворюють гігантське розріджений хмара, так зване хмара Оорта.

Початковий стан Землі

Початок геологічної еволюції Землі тісно пов'язане з процесом її утворення. Якщо б наша планета утворилася "вогненно-рідким" способом, як уявлялося ще на початку XX ст., Вона б відразу розшарувалася на оболонки за хімічним складом і стала "тектонічно мертвою". Проти такого погляду виступали Володимир Іванович Вернадський та інші відомі вчені. Концепція О. Ю. Шмідта про спочатку холодної Землі народилася саме через суперечності між нинішньою тектонічної життям Землі і тією моделлю, яка слідувала з гарячого, розплавленого початкового стану.

Сучасні розрахунки показали, що народжується Земля не була ні розплавленої, ні холодної. Гравітаційна енергія могла нагріти Землю до 40 тис. кельвінів, якщо б вона миттєво зібралася з шматків в одне тіло. Але зростання Землі тривав 100 млн років, так що температура поверхні навіть на стадії активного зростання не перевищувала 350-400 До Невелика частина гравітаційної енергії перейшла в теплову енергію земних глибин. Її надра прогрілися до 1000-2000 До завдяки тому, що в акумуляції брали участь дуже великі тіла (радіусами до сотень кілометрів). Падіння таких тіл викликало освіту величезних ударних кратерів, під якими до глибин 1-2 тис. кілометрів створювалися області підвищеної температури. Іноді температура досягала точки плавлення гірських порід. Тоді вони поділялися за складом: важкі елементи (залізо та інші метали) опускалися до центру, а легкі спливали. Додаткове нагрівання відбулося в надрах Землі від стиснення її порід вищерозташованими шарами.

Але основне джерело нагрівання надр Землі - тепло, що виділяється при розпаді радіоактивних елементів: урану, торію і калію з атомною вагою 40, які у малих кількостях присутні в кам'янистому речовині планети. В даний час в центрі Землі температура досягає щонайменше 5000 К, тобто вона набагато вища, ніж наприкінці акумуляції.

Внаслідок високих тисків у надрах Землі більша частина її маси перебуває у твердому стані, лише зовнішня область залізного ядра розплавлена. У земній корі також виявлені вкраплення розплавленої магми - вулканічні вогнища. Через зменшення температури від центру планети до поверхні в мантії Землі виникає теплова конвекція. Оскільки речовина мантії в основному тверде і неоднорідний за складом, конвективні рухи відбуваються дуже повільно, створюючи великі напруги на кордоні з корою. Горотворення, землетруси, переміщення континентів і окремих блоків земної кори - результати внутрішніх процесів в мантії.

Атмосфера і гідросфера поступово виділилися з надр нашої планети, оскільки гази і вода входили до складу земних порід. Спочатку, в процесі зіткнень, з твердих планетезималей вивільнялися леткі сполуки. На наступному етапі леткі сполуки зв'язувалися в породах. Розшарування Землі на залізне ядро, силікатну мантію і кору з вивержених порід почалося ще при акумуляції і триває протягом усієї геологічної історії планети.

Сьогодні завдяки даним, отриманим космічними апаратами, можна дізнатися геологічну історію не тільки Землі, але й інших планет і їх супутників.