Современная космологическая модель: основной космологический принцип. Теории открытой и пульсирующей Вселенной

АКАДЕМИЯ УПРАВЛЕНИЯ ПРИ ПРЕЗИДЕНТЕ РБ

Институт Государственного управления

РЕФЕРАТ

Антропный космологический принцип:

его естественнонаучный и

философско-методологический смысл

Выполнил Яковлев Р. А.

МИНСК 2002 АНТРОПНЫЙ КОСМОЛОГИЧЕСКИЙ ПРИНЦИП: ЕГО ЕСТЕСТВЕННОНАУЧНЫЙ И ФИЛОСОФСКО-МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЙ СМЫСЛ

Гармония мира есть источник всякой красоты. Мы должны ценить те медленные и тяжелые шаги вперед, которые мало-помалу открывают ее нам.

А. Пуанкаре,

французский физик-теоретик

Даже схематичная и общая характеристика идеи возникновения всего (Вселенной) из ничего, или вакуума, вызывает у мыслящего человека немало удивления. Но этим дело не ограничивается: по мере того как ученые проникали в детали этого процесса, перед ними открывались все более удивительные вещи. Первая из них связана с так называемыми фундаментальными постоянными, которые нередко называют еще мировыми константами.

Принято отличать простые постоянные величины от фундаментальных универсальных постоянных. Например, Земля имеет постоянную массу, но существуют другие планеты, масса которых существенно отлична от земной. Значит, масса планеты не является универсальной постоянной. Тогда как масса электрона или масса протона всюду во Вселенной одинакова, это - универсальные постоянные. Специфические свойства отдельных систем зависят от тех или иных законов движения и различных начальных условий.

Однако такие параметры любых систем, как размер, масса, время жизни и другие, с точностью до порядка величины часто определяются исключительно значениями таких фундаментальных постоянных, как гравитационная постоянная, постоянная Планка, скорость света, масса электрона, масса протона и др.

Общее число фундаментальных универсальных постоянных невелико. Но оказывается, что для довольно полного описания природы требуется совсем немного таких параметров. Некоторые универсальные постоянные только что названы, но для определенности дальнейшего изложения приведем в сокращенном виде суммарный список универсальных констант и некоторых производных величин.

Приведем примеры зависимости организации и свойств материи Вселенной от мировых констант. Вещество, из которого первоначально образовались звезды и галактики, состояло из водорода (3/4) и гелия (1/4).

Откуда взялись все более тяжелые химические элементы, без которых не могла возникнуть жизнь? Теперь известно, что они синтезируются в недрах звезд. Но как они попадают наружу? Когда массивная звезда исчерпает запасы ядерного топлива (водорода), ее ядро становится неустойчивым для гравитационного сжатия и она взрывается. При этом выделяется огромное количество гравитационной энергии, большая часть которой уносится мельчайшими частицами нейтрино. Такая грандиозная вспышка называется сверхновой звездой, или просто сверхновой. Взрыв сверхновой разбрасывает по галактике обогащенное тяжелыми металлами вещество проэволюционировавшей звезды. А когда образуется новое поколение звезд и планеты, то строительным материалом для них служит разбросанный пепел умерших звезд. В этом смысле наша планета и мы сами произошли из звездного пепла.

В результате взрыва сверхновой образуется и вырывается наружу огромное множество нейтрино. Полагают, что давление, вызываемое потоком нейтрино, способно сорвать с ядра звезды ее оболочку и разметать в пространстве.

Из списка универсальных констант видно; что гравитационная постоянная очень мала, поэтому гравитационные взаимодействия очень слабы. Так, гравитационное взаимодействие между двумя атомами примерно на 40 порядков слабее электромагнитных взаимодействий. Но будь гравитация значительно сильнее, структура Вселенной коренным образом изменилась бы.

Аналогично и другие универсальные постоянные чуть ли не однозначно определяют строение и свойства физических объектов Вселенной. А поскольку эти постоянные величины возникли на ранних этапах Вселенной, когда этих объектов еще не существовало, то мы имеем все основания, говорить, что универсальные постоянные ПРЕДОПРЕДЕЛЯЮТ структуру нашей Вселенной.

Однако многие исследователи пугаются этого слова, так как предзаданность, или предопределенность, считают уделом мистики. Но при этом они странным образом не замечают того, что сами, и при этом очень широко, пользуются такой методикой исследования, по крайней мере, при рассмотрении всех ретроспективных проблем.

Это относится к онтологическому и методологическому аспектам исследования. В самом деле, продвигаясь ретроспективно к началу расширения Вселенной, ученые исходят из существующих частиц, типов взаимодействия и законов. С учетом настоящего (предзаданного) они пытаются восстановить события прошлого такими, чтобы из них прийти к настоящему. То есть весь процесс поиска прошлого ориентирован на настоящее и существенно определяется знанием настоящего, знанием существующих частиц, взаимодействий, законов как предзаданного.

Но дело не ограничивается тем, что универсальные фундаментальные постоянные предопределяют строение и свойства нашей Вселенной. Кроме того, нужно принять во внимание и то, что все (Вселенная) рождается из ничего (в конечном счете, из первородного космического вакуума), и притом рождается в гигантском пламени Большого взрыва. Тогда неизбежно возникает вопрос: откуда взялись все эти мировые константы?

Этот вопрос приобретает еще большую остроту, если учесть, что мировые константы не изолированы, а очень тонко подстроены друг под друга и оказывают свое влияние на структуру и свойства Вселенной в разных сочетаниях и все вместе как согласованный ансамбль.

Прежде всего, необходимо уяснить философский (метафизический) смысл этого факта. Многие авторы допускают возможность случайности той или иной мировой константы, что в принципе неверно. Неотъемлемым свойством случайных событий является их скоротечность, изменчивость, быстрая сменяемость, что не совместимо с фундаментальными постоянными, которые неизменны и действуют на протяжении 15-20 млрд. лет. Уже одно это свидетельствует о какой-то их необходимости. Кроме того, упускается из виду то, что случайность и необходимость основаны на причинности (в мире нет беспричинных явлений). Более того, случайность и необходимость строятся из одного и того же множества причинно-следственных связей, только интегрируются векторные причинности по-разному: случайность - это узел или точка пересечения множества причинностей, а необходимость - их геометрическая сумма.

Поэтому если даже мысленно допустить (без всякого на то основания) случайность некоторой константы, то для ансамбля мировых констант это исключено, так как согласованное связанное и устойчивое множество фундаментальных величин не есть случайность.

Теперь поставленный выше вопрос приобретает более острое звучание. Если наблюдаемая физическая Вселенная предопределяется согласованным набором фундаментальных величин, то откуда взялся этот гармоничный ансамбль универсальных величин? В исходном космическом вакууме он вряд ли задан. Ученые давно обратили внимание на все это, но никакого физического принципа никто не выдвинул, чтобы физически объяснить происхождение гармонии универсальных величин.

Более того, исследователи подметили еще одну удивительную особенность, связанную с совпадением больших чисел, которая направила их на поиски объяснения причин развития Вселенной не в физике, а совсем в другой области, далекой от физики, - в антропологическом принципе космологии. Речь конкретно идет о числе 10 40 , которым почему-то выражаются разные фундаментальные величины и их соотношения.

Вокруг этого принципа до сих пор бушуют страсти. Хотя число 10 40 получается путем округления, этим не подрывается строгость выводов, потому что для такого гигантского числа даже погрешность в 10 2 ничтожно мала. Кроме того, это число можно получить из разных посылок. Важно другое: число 10 40 полностью составлено из фундаментальных постоянных величин, поэтому имеет фундаментальный смысл.

На совпадение больших чисел ученые обратили внимание давно. В 30-е годы известный физик-теоретик Поль Дирак попытался дать этому физическое объяснение, которое, однако, исходило из предположения, что гравитационная постоянная изменяется со временем, как и постоянная Хаббла, определяющая возраст Вселенной. Однако неизменность гравитационной постоянной подтверждается всеми данными теоретических и опытных исследований.

Обычно в физике «наблюдатель» не принимается во внимание. Ряд ученых подвергли сомнению это предположение, считая, что строение физического мира неотделимо от обитателей, наблюдающих его, и неотделимо в самом фундаментальном смысле.

Они утверждают, что действительно существует некий принцип, осуществляющий невероятно тонкую подстройку Вселенной. Только это не физический, а антропный принцип. Такую мысль развивали А. Эддингтон, П. Дирак, Дж. Барроу, Р. Дикке, Б. Картер и др.

Р. Дикке одним из первых привлек биологию для объяснения непонятной особенности Вселенной, которая весьма специфична. В 1961 году он заявил об ошибочности поисков физического объяснения особенностей Вселенной. Аргументы Р. Дикке обосновывают, что гравитационная постоянная тонкой структуры в качестве мировой константы детерминирует эволюцию Вселенной в направлении, ведущем к возникновению человека, и что возникновение человека становится возможным тогда, когда возраст Вселенной (t now) сравняется с числовым значением .Таким образом, биологическое объяснение фундаментальной особенности Вселенной увенчалось успехом там, где теоретическая физика потерпела неудачу.

Как видим, рассуждения Р. Дикке вполне логичны. Поэтому идею антропного принципа можно считать научно обоснованной.

Казалось бы, здесь все логично, ясно и обоснованно. Но именно с этого пункта начинается разнобой особых мнений и взглядов на антропный принцип космологии. Точнее говоря, существует широкое неприятие антропного принципа как ненаучной (антинаучной) идеи, но без сколько-нибудь строгого физического и логического обоснования. Причина этого, на наш взгляд, в мировоззренческих основаниях - в атеистических предубеждениях одних и размытости мировоззренче­ской составляющей других.

Так, П. Девис сетует на то, что выводы Р. Дикке не согласуются с коперниковской традицией, отрицающей привилегированное положение Земли в пространстве. Однако Р. Дикке относительно пространственной выделенности t now вообще ничего не говорит, величина t now сама за себя говорит о выделенности ее лишь во времени, поэтому указанное сомнение П. Девиса снимается. Иногда в качестве возражения указывается на то, что антропный принцип (АП) не соответствует принципу относительности классической и релятивистской физики. Во-первых, это некорректное возражение, поскольку принцип относительности касается лишь движения систем отсчета друг относительно друга, а в данном случае речь идет об эволюции Вселенной. Во-вторых, что касается другого смыслового аспекта относительности - инвариантности систем отсчета, то в этом отношении мировые константы являются образцом постоянства своего действия.

Антропный принцип требует в центр проблемы выдвинуть одну константу - хаббловский возраст Вселенной (точнее t now). И далее требуется установить ее связь с другими величинами, которые характеризуются столь же большими значениями (10 40).

Однако такая расширенная постановка вопроса пока что не проработана. Чтобы сохранить антропный, принцип для расширенного случая, саму формулировку АП усиливают и называют это сильным антропным принципом.

В формулировке Б. Картера сильный АП выглядит так: «Вселенная (и, следовательно, фундаментальные параметры, от которых она зависит) должна быть такой, чтобы в ней на некотором этапе эволюции допускалось существование наблюдателя».

В сопоставлении с этим характеристику АП, данную Робертом Дикке, Брандон Картер обозначил как слабый антропный принцип. Р. Дикке так раскрывает смысл слабого АП: наше существование как наблюдателей, состоящих из соединений углерода, объясняет равенство двух разных отношений одному и тому же большому числу:

В отличие от этого сильный АП, расширенный по содержанию, физически еще не обоснован, поэтому вызывает скепсис многих авторов. Скепсис, который обычно не подтверждается никаким анализом и никакими серьезными аргументами. Для примера обратимся к высказыванию серьезного автора, каковым является П. Девис. Сильный антропный принцип «представляет собой радикальный отход от традиционной общей концепции научного объяснения. По существу, он утверждает, что Вселенная приспособлена для существования жизни и что как законы физики, так и начальные условия подстраиваются таким образом, чтобы гарантировать появление жизни. В этом отношении сильный антропный принцип сродни традиционному религиозному объяснению мира: Бог сотворил мир, чтобы люди населяли его».

А суть дела проста и состоит в идее предопределенности: исходные мировые константы предопределяют последующую эволюцию Вселенной. Эту идею и не приемлет Девис, но выше отмечалось, что идея предзаданности онтологически и методологически оправдана. Она идет от Аристотеля и широко используется в науке, во всех ретроспективных научных исследованиях.

Таким образом, слабый антропный принцип, на наш взгляд, можно считать хорошо обоснованным логически и физически. Сильный антропный принцип еще не получил достаточного физического обоснования, но логически связан с первым и дополняет его.

Идея антропного принципа в формулировке Р. Дикке не нуждается в защите, так как ее автор превосходно сделал это сам. Мы лишь старались подчеркнуть логичность его рассуждений и корректность его аргументации. Равносильного преодоления аргументации Р. Дикке, насколько нам известно, не существует и вряд ли это возможно.

Но, несмотря на нашу приверженность антропному принципу, нас не вполне удовлетворяют аргументы сторонников этого принципа и, тем более, его противников. Общим недостатком тех и других является то, что они ограничиваются рассмотрением лишь внешних условий, а именно мировых констант, и, исходя из них, пытаются обосновать или опровергнуть АП.

Необходимо осознать, что условия, сколь бы фундаментальными они ни были, не раскрывают эволюции Вселенной в ее необходимости. Нам представляется, что понять эту необходимость можно лишь на основе ближайших причин, которые по своей фундаментальности должны быть сравнимы с мировыми константами. Вместе с тем, поскольку они являются ближайшими, то по необходимости должны изменяться в эволюции Вселенной. Иначе говоря, мировые постоянные должны быть дополнены мировыми переменными величинами. Наукой и философией такие переменные величины установлены, хотя их список, возможно, еще не является полным.

Переменными эти величины являются в том смысле, что в эволюции материальных систем они качественно изменяются, развиваются. Так, отражение - всеобщее свойство материи, но оно способно к развитию, воплощаясь в качественно различные формы: элементарное отражение на уровне физико-химических взаимодействий, раздражимость на уровне живой протоплазмы и, далее, в виде ощущений, восприятий, воображения, мышления. К качественным изменениям способно и другое всеобщее свойство материи - саморегуляция, которая может выступать и в примитивной форме, выражаемой принципом Ле Шателье-Брауна, в виде гомеостаза и в разных видах психической саморегуляции, и в виде социальной саморегуляции. Активность также способна к развитию и также воплощается в разные формы взаимодействия и деятельности.

Идея дополнения мировых констант универсальными переменными величинами, на наш взгляд, является конструктивной и эвристичной. Даже из краткой и беглой наметки этой идеи можно вывести ряд нетривиальных следствий, проливающих свет, казалось бы, на неразрешимые вопросы. Укажем два таких следствия.

1. Поскольку жизнь и разум производны от развития одних и тех же всеобщих свойств материи, указанных выше, то они (жизнь и разум) должны быть сопоставимыми для разных планетных систем и галактик. Если на разных планетах продолжительность их развития совпадает, то и сами они по необходимости должны быть подобными. При разной продолжительности развития жизни разум на одной планете может отличаться сколь угодно существенно от разума на другой планете, но не настолько, чтобы исключить в принципе понимание друг друга. Поэтому утверждения о цивилизации в виде «черного облака» (Ф. Хойл), «океана мыслящей плазмы» (С. Лем), «разумной плесени» (А. Н. Колмогоров) мы рассматриваем как шутки выдающихся авторов.

Таким образом, обосновывается возможность экстраполяции земных условий на космические.

2. Из той же посылки можно сделать еще один вывод, возвышающий земные представления до космического уровня. В самом деле, поскольку жизнь и разум на планетах Галактики и Метагалактики производны от набора одних и тех же всеобщих свойств материи, то, раскрывая природу земного разума через эти всеобщие свойства, мы преодолеваем антропоморфизм и геоцентризм и поднимаемся до уровня космологической характеристики.

Таким образом, для конструктивного понимания эволюции материи Вселенной нужно исходить не только из фундаментальных постоянных величин в виде мировых констант, но и из не менее переменных величин в виде всеобщих свойств материи, которые образуют ближайшее основание эволюции и позволяют понять ее в ее необходимости. Этим открываются дополнительные возможности для обоснования и развития антропологического принципа космологии.

ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА

Мотылева Л. С., Скоробогатов В. А., Судариков А. М. Концепции современного естествознания. – СПб.: Издательство Союз, 2000. – 320с.

Теория эволюции Вселенной дает ответы далеко не на все вопросы, например неясен пока характер дальнейшей эволюции Вселенной. Теория допускает два сценария: бесконечное расширение (модель открытой Вселенной) и смена расширения сжатием, возвращение в сверхплотное и сверхгорячее состояние, после чего следует цикл нового расширения (модель пульсирующей Вселенной) . Реализация того или иного варианта зависит от средней плотности вещества во Вселенной. Если плотность не превышает некоторого критического значения, то реализуется модель открытой Вселенной, в противном случае Вселенная пульсирует. Современные данные свидетельствуют в пользу модели открытой Вселенной, однако возможно, что открытие новых космических объектов изменит ситуацию.

Легче всего оценить плотность светящегося вещества, которая составляет 0.5% критической. Однако во Вселенной есть и несветящееся, невидимое вещество, называемое темной энергией или темной массой. Самый первый довод в пользу существования темной материи, основанный на изучении движения галактик, привел швейцарский астроном Фриц Цвикки (30-е годы ХХ века) – массы галактик недостаточно, чтобы удержать их от разлета. Если бы не было скрытого вещества, составляющего более 90% галактик, то они распались бы за несколько миллиардов лет, в то время их возраст составляет около 13 млрд лет.

В настоящее время считается, что большая часть невидимой материи существует в виде принципиально несветящегося вещества, состоящего из частиц, крайне слабо взаимодействующих с обычным веществом, светом и друг с другом (нейтрино). Наилучшее совпадение с данными наблюдений имеет космологическая модель, в которой плотность примерно равна критической, при этом на вакуум приходится 65%, на холодную темную материю – 30%, на барионную скрытую массу – 5%, на нейтрино и видимое вещество – по 0.5%.

Фундаментальные константы и антропный принцип.

Во всех разделах физики приходится иметь дело с постоянными величинами, т.н. константами. Существует ограниченный набор физических постоянных, связанных с важнейшими физическими теориями, которые называются фундаментальными константами.

Среди фундаментальных констант можно условно выделить мировые,

электромагнитные, атомные и физико-химические. Фундаментальные константы не выводятся из физических теорий, а определяются экспериментально. В современном естествознании считается, что мировые константы стабильны, начиная со времени 10 -35 начиная с рождения Вселенной.

М. Планк предлагал добавить к первым трем фундаментальным константам постоянную Больцмана (к=1.38 10 23 Дж/(К моль), т.к. она устанавливает связь между микроскопическими характеристиками частицы и макроскопическим состоянием системы.

Установлено, что существование основных структурных элементов материи (атомных ядер, звезд, галактик) во Вселенной связано возможно лишь в очень узком диапазоне численных значений фундаментальных констант. Расчеты показали, что их малые изменения на ранней стадии формирования Вселенной могли бы привести к формированию качественно иного мира, в частности стало бы невозможно образование макроскопических структур, а следовательно и образование высокоорганизованной живой матери. Вопрос о причинах попадания численных значений мировых констант в узкий диапазон, обеспечивающий возникновение разумной жизни, нашел отражение в антропном принципе, предложенном Г. Идлисом в 1958 г. И Б. Картером с 1974 г. Антропный принцип сформулирован в слабом и сильном вариантах:

Слабый антропный принцип – на свойства Вселенной накладывает ограничение наличие разумной жизни;

Сильный антропный принцип – свойства Вселенной должны быть такими, чтобы в ней обязательно существовала жизнь.

Антропный принцип – пример взаимозависимости фундаментальных вопросы естествознания и мировоззренческих вопросов. В тех областях, где недостаточность знания существует принципиально, большую роль играют вненаучные факторы, эстетические предпочтения или религиозное мировоззрение. Антропный принцип признает некий высший порядок, выбравший реализованный вариант эволюции Вселенной.

Антропный принцип не отвергает также возможность существования других Вселенных. Предполагая, что Вселенная однородна и изотропна в больших масштабах и применяя антропный принцип, можно прийти к выводу о закономерности возникновения и широком распространении жизни и Разума во Вселенной. Антропный принцип с точки зрения физики и философии отвергает возможность уникальности земной жизни.

В статье «Космологическое обсуждение общей теории относительности», опубликованной в 1917 г., Эйнштейн постулировал, что ни одна из усредненных характеристик космической среды не выделяет преимущественного положения или преимущественного направления в пространстве. Эйнштейн назвал эту гипотезу космологическим принципом.

В космологическом принципе нашли свое отражение воззрения на Вселенную, которых придерживались Ньютон и Гюйгенс, а еще ранее - Джордано Бруно, Лукреций и древнегреческие атомисты в V в. до н. э. Эйнштейн понял, что этот принцип позволяет разрешить проблему, поставленную Махом, т. е. показать, что распределение массы во Вселенной и ее движение определяют локально инерциальные системы отсчета. В теории гравитации Эйнштейна структура пространства-времени и распределение энергии (массы) и импульса взаимозависимы, однако эта теория не утверждает, что распределение энергии и импульса определяет структуру пространства-времени. Рассмотрим, например, Вселенную, которая представляет собой точечную массу. Как известно, траектория пробной частицы, движущейся вокруг точечной массы, представляет собой медленно вращающийся (кеплеровский) эллипс. Но вращающийся относительно чего? Теория Эйнштейна отвечает на этот вопрос точно так же, как теория Ньютона, а именно: она утверждает, что изолированная точечная масса сама по себе не позволяет определить невращающуюся систему отсчета. Однако если распределение энергии и импульса удовлетворяет космологическому принципу, то открывается возможность дать строгое определение понятию «покоящаяся система отсчета» и указать, как такую систему отсчета выбрать. С точки зрения применения этот локальный стандарт покоя неотличим от абсолютного пространства Ньютона.

Космологи расходятся во мнениях относительно значения космологического принципа. Одни считают его лишь приближенным методом описания Вселенной, другие рассматривают как непреложный закон. Это различие во мнениях отражает более фундаментальные разногласия, касающиеся взаимосвязи космологии и физики. В физике имеется четкое различие между законами, которые выявляют устойчивые, математические закономерности, лежащие в основе природных явлений, и начальными условиями, которые отражают случайные, зависящие от обстоятельств аспекты природных явлений. Почти эллиптическая форма планетных орбит - неотъемлемая особенность строения Солнечной системы, поскольку такая форма орбит однозначно следует из закона всемирного тяготения Ньютона. Эксцентриситеты и наклонения орбит - случайные элементы. Закономерности в таких случайных элементах (орбиты планет по форме близки к окружностям и лежат почти в одной плоскости), по-видимому, обусловлены эволюционными процессами, которые не относятся к начальным условиям. Подобным образом некоторые космологи утверждают, что крупномасштабную однородность и изотропию наблюдаемой части Вселенной также следует объяснять особенностями эволюции, а не начальными условиями.

На это можно возразить, что условия, определяющие свойства Вселенной как целого, качественно отличаются от условий, которые обусловливают свойства обычных астрономических систем. Обстоятельства, под влиянием которых сформировались свойства отдельных звезд, несомненно, случайны. Мы не спрашиваем, например, почему масса Солнца равна 1,991×10 33 г, а не 1,992 x10 33 г. Статистические свойства звездной популяции, к которой относится Солнце, могут быть менее случайными.

Естественно предположить, что Вселенная в целом характеризуется определенной совокупностью статистических свойств, часть которых предсказуема по крайней мере в принципе, а остальные следует принимать за аксиомы, как и сами законы. Одной из таких аксиом считается космологический принцип, предполагающий, что сама Вселенная должна обладать той же пространственной симметрией, что и законы, которые описывают ее строение и эволюцию. По общему мнению, это слишком смелое допущение, но альтернативная гипотеза кажется не только спорной, но и невразумительной. Если рассматривать космологический принцип как приближенное описание доступной наблюдению части Вселенной, то что можно сказать о Вселенной в целом? Отказаться вообще делать какие-либо предположения - это значит отказаться от попыток интерпретировать результаты космологических наблюдений или понять связь между локально инерциальными системами отсчета и удаленным веществом. Предположить, что космологический принцип применим, но лишь как приближение к реальности, - значит предположить, что существуют преимущественные точки и направления. Подобное утверждение было бы еще более сильным допущением, чем космологический принцип, причем таким, которое не имеет никаких доказательств.

И наконец, в отличие от теории Ньютона теория гравитации Эйнштейна не есть только теория гравитационного взаимодействия. Это также теория пространства-времени, а следовательно, и Вселенной в целом.

Клавдий Птоломей ещё до н.э.создал математическую теорию устройства мироздания,в центр которой он поставил Землю,а точнее-человека.В век Птоломея все планеты были обязаны описывать вокруг Земли причудливые петли и завитки.И это была не причуда Птоломея,такое устройство мироздания следовало из многовековых наблюдений человека за небесными светилами.

Галилео Галилей засомневался в таком устройстве мироздания.Галилей стал догадываться,что вращается Земля и нам кажется,что планеты вращаются вокруг Земли.

Николай Коперник преподнёс нам поучительный урок,согласно которому мы не должны,не имея на то оснований,предполагать,что занимаем привилегированное центральное положение во Вселенной.Этот принцип Коперника,по мнению современных философов,приводит к "совершенному космологическому принципу",лежащему в основе стационарной,вечной и бесконечной Вселенной .

Джордано Бруно утверждал:Итак,Вселенная едина,бесконечна,неподвижна...Она не рождается...Она не уничтожается...Она не может уменьшаться или увеличиваться....

Но в начале прошлого века "совершенный космологический принцип"был поставлен под сомнение.В 1929 г.Эдвин Хаббл обнаружил удивительный эффект.Спектры удалённых светил были смещены в сторону низких частот и чем дальше галактика,тем больше красное смещение спектров.Весь спектр источника излучения может сместится в красную сторону при движении источника от наблюдателя.Значит,это-эффект Допплера.Значит,галактики разбегаются от нас.Значит,мы в центре разбегания галактик.Мы снова занимаем центральное положение во Вселенной.Звучит,конечно,лестно..А если "кино крутить обратно",то всё мироздание будет сжато в точку,размером с кулак.А затем случился Большой Взрыв и Вселенная стала расширяться.Но посвящённые в теорию БВ объяснили нам,что разбегаются не галактики,а расширяется пространство с галактиками.Не очень убедительно,но непосвящённые поверили.Но галактики тоже занимают пространство,значит галактики тоже расширяются.Звёзды в галактиках тоже расширяются.Атомы тоже...Всё расширяется.Красного смещения не должно быть.Меняется только масштаб.Красное смещение есть.

Если есть начало,значит есть край Вселенной.Наблюдатель из края Вселенной нас видит также,как мы его.Это следует из принципа эквивалентности (симметричности) эффекта Допплера.Что,мы тоже находимся на окраине Вселенной?Неет,лучше быть в центре,чем на краю...

Масла в огонь Большого Взрыва добавили астрофизики,обнаружив светила с аномальными красными смещениями.Следуя закону Хаббла,квазары с наибольшими красными смещениями находятся на расстоянии 15 миллиардов световых лет.С таких расстояний мы не должны их видеть.Мы их видим.Значит,квазары имеют фантастическую светимость.Кроме того,свет от квазаров,который мы видим,был испущен 15 миллиардов лет назад и за это время квазары пробили край Вселенной и удалились со сверхсветовыми скоростями ещё на 15 миллиардов световых лет.Куда удалились?Видимо,в никуда или превратились в сверхчёные дыры,а может в антиквазары.

Но знатоки Большого Взрыва не унимаются.Вселенная сотворена,расширяется и точка.Правда,возникла не в одном месте,а во многих местах.И возникла не одновременно,а возникает до сих пор и расширяется с ускорением.А чтобы с ускорением,требуется тёмная энергия...

А может красное смещение не есть эффект Допплера? Посмотрите "Смоделировать Вселенную" и "Сейсмическая томография и красное смещение спектров".

Велик был в своём прозрении Джордано Бруно,утверждая,что Вселенная бесконечна,она не рождается и не уничтожается,она не может уменьшаться или увеличиваться.

Литература.
1.Картер Б.Совпадение больших чисел и антропологический принцип в космологии.Космология.Теории и наблюдения.Мир,М.,1978.
2.Бруно Дж.Диалоги.Госполитиздат,М.,1949.

Рецензии

Мне показалось, что есть весьма вольные трактовки известного материала. Приведу примеры.
"Следуя закону Хаббла,квазары с наибольшими красными смещениями находятся на расстоянии 15 миллиардов световых лет." Таких красных смещений никто никогда не наблюдал. Путаница связана с трактовкой понятия "расстояние" в космологии. Не вдаваясь в подробности, советую посмотреть статью по этому вопросу, написанную профессионалом, тут: http://www.astronet.ru/db/msg/1307314
"всё мироздание будет сжато в точку,размером с кулак." Этого тоже никто всерез не утверждает. Гипотезы - да, есть такие, но вовсе не теории. Каков механизм БВ - неизвестно.
"Велик был в своём прозрении Джордано Бруно,утверждая,что Вселенная бесконечна,она не рождается и не уничтожается,она не может уменьшаться или увеличиваться." А какие ФАКТЫ говорят в пользу Вашего (и Бруно) утверждения? А вот обратных фактов полным-полно. Приведу лишь некоторые из них:
1. Стационарная вселенная невозможна в силу запрета, налагаемого вторым началом термодинамики. Пока не обнаружено ни одного явления, которое указывало бы на возможнность обойтии этот запрет, и вечнный двигатель второго рода как-то не просматривается.
2. Парадокс Ольберса: в бесконечной (стационарной)вселенной яркость ночного неба была бы сопоставима с яркостью повеерхнности Солнца
3. Гравитационная устойчивость вселенной невозможна ни с точки зрения мееханики Ньютона, ни с позиций ОТО.
4. Теория БВ неплохо справляется с проблемой нуклеосинтеза: соотношение количества водорода и гелия, предсказанное в свое время Гамовым, соответствует наблюдениям. Теория стационарной вселенной вообще не дает подхода для решения этой проблемы. Более того, в "вечной" вселенной не должно быть элеементов кроме железа - все прочее должно "выгореть" в топкх звезд.
5. наличие рееликтового излучения, его спектральный состав, вариации интенсивности и состава соответствуют теории БВ.
6. Явные признаки эволюции мира: галактическое население областей с высоким красным смещениием отличается по составу от нашего ближнего окружения, причем радиальная симметрия очевидна. Скажем, чем дальше - тем больше квазаров в единице объема, с прохождением через максимум на смещениях около 2.
Можно продолжать и продолжать... В Ваших публикациях есть скрытые намеки едва ли не на мировой заговор космологов и "релятивистов". Он не оправдан ничем.
С уважением,

Рад слышать грамотного оппонента.
Тем не менее...

Если звёзды зажигают,
Значит-это кому нибудь нужно?

1.Звёзды рождаются,умирают и снова рождаются.Без вечного двигателя.
2.Парадокс Ольберса.Кроме геометрического расхождения есть ещё причина затухания волн и,главное,красного смещения спектров.Это сверхслабые флуктуации скорости распространения радиоволн в случайно неоднородной среде.Естественная "многолучевость" распространения волн в однородной среде и есть причина дополнительного затухания волн и красного смещения спектров.
Посмотрите "Сейсмическая томография и красное смещение спектров".
3.Бесконечная Вселенная устойчива,потому что без центра.Посмотрите "Бесконечность 2".
4.В вечной Вселенной звёзды снова рождаются и содержат водород и гелий.
5.Реликтовое излучение-это излучение бесконечной Вселенной и я бы назвал это излучением Ольберса.В п.2 предполагается,что в случайно-неоднородной среде Вселенной максимальный размер неоднородностей неограничен.Но максимальные размеры звёзд и звёздных скоплений ограничены.И полагаю,что максимальные размеры неоднородностей тоже ограничены.На очень больших удалениях п.2 теряет
значимость,Вселенная становится прозрачной и интенсивность свечения звёзд уменьшается только по причине геометрического расхождения.Это и есть свечение Ольберса.
6.У квазаров сравнительно широкие линии излучения и поглощения.Это и есть причина аномального красного смещения спектров по причине п.2,а не потому,что квазары удаляются с "дикой" скоростью и находятся "шибко" далкко.Кроме того,у одного и того же квазара разные красные смещения спектральных линий в зависимости от ширины линий.

Про мировой заговор не знаю.Но дискриминация есть.Посмотрите "Эдвин Хаббл,Хальтон Арп,Пол Мармет".

Если излучение поглощается какой-то средой, то эта среда обязана нагреваться - закон сохранения энергии-с! Соответственно, в вечной вселенной должно было давным-давно наступить тепловое равновесие между средой и излучателями. И парадокс Ольберса таким образом остается, а не разрешается.
"Размазанность" спектров квазаров имеет простую природу: квазар - не точечный источник, а распределенный, причем имеет области с высоккими относительно квазара скоростями. Это распределение и приводит (главным образом) к уширению спектральных линий. Кстати сказать, и снимки "Хаббла", и наземные инструменты прямо демонстрируют наличие потоков вещества из квазаров. Да и спектры обычных галактик размыты - по той же причине. Наконец, размытость спектров галактик не зависит от величин их хаббловских смещений!
Гравитационная устойчивость не спасается бесконечной вселенной. За бесконечное время существования все вещество должно свалиться в неимоверно массивные объекты, удаленные на едвали ни бесконечные расстояния друг от друга. Ньютон это уже понимал.
Водород просто обязан был выгореть в звездах. Процесс рождения протонов в звездных циклах или иных процесс ах никто никогда не наблюдал, и теоретических моделей для такого процесса неизвестно.
Ну, и так далее.

"Если излучение поглощается какой-то средой,то эта среда обязана нагреваться..."

И не просто нагреваться,а переизлучать энергию на длине волны чёрного тела с температурой 3К.Это одна из гипотез,объясняющих реликтовое излучение межзвёздным газом (Paul Marmet,The 3K mikrowave background and the Olbers paradox,Science,240,705,1988).

Согласен с уширением спектральных линий линий квазаров.Почему квазары занимают избранное положение во Вселенной:чем дальше,тем больше квазаров в еденице обьёма.Но есть ещё сейфертовские галактики с широкими эмиссионными линиями,но они не занимают избранное положение.Потому что не имеют аномального красного смещения?

"...размытость спектров галактик не зависит от величин их хаббловских смещений".Всё верно, с точностью до наоборот.Чем больше ширина спектральных линий,тем больше величина красного смещения в зависимости от удаления до источника.

Ньютон то понимал.А вот Эйнштейн... Чтобы уравновесить силы гравитации,ведущие Вселенную к неизбежному коллапсу,Эйнштейн ввёл в ОТО дополнительное слагаемое-космологический член или мистическую силу отталкивания.Есть поговорка:если нельзя,но очень хочется,то можно.Действитально,если фокусы с теориями относительности прошли,то почему бы для спасения Вселенной не ввести силы отталкивания.

Ньютон полагал,что материя распределена с равномерной плотностью.Ламберт предположил,что Вселенная представляет собой бесконечную иерархическую систему,состоящую из подсистем всё возростающей сложности.Модель Ламберта усовершенствовал Шарлье,что позволило исключить гравитационный парадокс.Без сил отталкивания и таинственного БВ.

Водород-самый распространённый элемент во Вселенной.Предполагать,что когда-то был БВ и поэтому водород не выгорел-не убедительно.Про рождение протонов в звёздых циклах.У нашей звезды есть планеты,которые состоят из множества разновидностей минералов.Если протоны не образуются,почему есть минералы?

"И не просто нагреваться,а переизлучать энергию на длине волны чёрного тела с температурой 3К."
1. А почему именно 3 градуса, а не пять, и не пять тысяч? В вечной вселенной должно было наступить тепловое равновесие, при котором температуры всех тел одинаковы. но этого не наблюдается!
Далее, у разреженного газа (а межзвездный газ именно разрежен) должен быть не спектр черного тела, а полосатый молекулярный спектр. И он действительно есть, и легко отделяется от реликтового фона.
И еще: теория БВ ПРЕДСКАЗАЛА (работы Гамова) спектр и температуру реликтового фона. А позже он был открыт Пензиасом и Растом.
Последнее по этому пункту: поглощение излучения далеких звезд может изменить отношение интенсивностей линий, снизить интенсивность излучения - но привести к сдвигу спектральных линий никак не может.

"Ньютон полагал,что материя распределена с равномерной плотностью.Ламберт предположил,что Вселенная представляет собой бесконечную иерархическую систему,состоящую из подсистем всё возростающей сложности.Модель Ламберта усовершенствовал Шарлье,что позволило исключить гравитационный парадокс.Без сил отталкивания и таинственного БВ."
Все эти иерархические структуры никак не спасают "вечную" вселенную. Они просто не соответствуют наблюдательным данным.

"Водород-самый распространённый элемент во Вселенной.Предполагать,что когда-то был БВ и поэтому водород не выгорел-не убедительно.Про рождение протонов в звёздых циклах.У нашей звезды есть планеты,которые состоят из множества разновидностей минералов.Если протоны не образуются,почему есть минералы?"
Возможно, что вы меня неправильно поняли. Напомню, что протон - это и есть ядро атома водорода. Эти атомы в звездах превращаются в более тяжелые элементы, вплоть до железа, а при катастрофических коллапсах звезд - и в более тяжелые элементы, вплоть до трансуранов, наблюдаемых в спектрах сверхновых. Минералы планет и наших тел - суть продукт метаморфозов "шлака" от взрывов самых древних звезд. Но больше всего в космосе водорода и гелия, которые образовались при БВ в эпоху первичного нуклеосинтеза, и их соотношение неплохо коррелирует с расчетами все того же Гамова.
А вот обратного процесса - превращения тяжелых элементов в легкие - никто никогда не наблюдал, если не считать, конечно, альфа-распада некоторых изотопов. Причина проста: очень уж энергозатратны эти процессы. При распаде тяжелых элементов источник энергии ясен: эта энергия была запасена при взрыве древних звезд. Да и дают такие процессы ничтожное по массе количество легких элементов и огромное - тяжелых, что никак не коррелирует с реальным раскладом по составу вещества в космосе. Опять же, при таких распадах образуется преимущественно гелий, а водород - никогда.

А, вот еще: сейфертовские галактики - это и есть квазары, только либо на завершающей стадии эволюции, либо имеющие джеты, не направленные к наблюдателю.

В статье есть 5 ссылок,объясняющих температуру излучения 3К.Одна из ссылок датирована 1940-м годом.

Гравитационный парадокс решается иерархической структурой Вселенной и это наблюдательные данные.

В вечной Вселенной водород уже бы выгорел в бесконечном прошлом.
Прогнозов апокалипсиса было уже много по причине недостатка знаний.

Какие парадоксы решаемы в рамках известных физических законов?
Парадокс Ольберса.Неоднородная среда есть причина дополнительного затухания волн и красного смещения спектров.Эффект "многолучевости" распространения волн хорошо изучен в радиосвязи.Мы обречены видеть конечную Вселенную бесконечной Вселенной.

Другие парадоксы тоже нужно решать в рамках известных законов физики без непричинного взрывания чего-то и неизвестного закона расширения пространства.

Но есть вопросы,на которые знатоки Большого Взрыва даже не пытаются ответить.
1.Если пространство расширяется,то фотоны тоже должны растягиватся за время длительного путешествия в миллиарды лет независимо от эффекта Допплера?
2.Если пространство расширяется,то элементарные частицы,звёзды и галактики тоже расширяются с момента БВ?
3.Если Вселенная расширяется и есть край Вселенной,то наблюдателю из края Вселенной кажется,что это мы находимся на краю Вселенной.Это следует из закона симметричности (эквивалентности)эффекта Допплера.Вы согласны быть на краю Вселенной?

Полагаю,что возникающие противоречия в гипотезе БВ рождают новые подпорки в виде тёмной энергии и тёмной материи.Если некоторым можно пространство искривлять и время замедлять,то последователям тоже можно темнить с энергией и материей.

Кто неправильно застегнул первую пуговицу,тот неправильно застегнёт и остальные.Народная мудрость.

Ежедневная аудитория портала Проза.ру - порядка 100 тысяч посетителей, которые в общей сумме просматривают более полумиллиона страниц по данным счетчика посещаемости, который расположен справа от этого текста. В каждой графе указано по две цифры: количество просмотров и количество посетителей.

Религия всегда оказывается права. Она разрешает все вопросы и, следовательно, снимает все вопросы в мире. Религия придает нам уверенность, незыблемость, умиротворение и сознание абсолютности. Она защищает нас от прогресса, который всех нас приводит в трепет. Наука поступает совсем наоборот. Она никогда не решает вопроса, не поставив при этом десяток новых.

Идеи антропного космологического принципа, развивавшиеся в последнем десятилетии XX века, представляют большой научный интерес с точки зрения ответа на вопросы происхождения, развития и эволюции окружающего мира. Основная идея этого принципа состоит в том, что фундаментальные свойства Вселенной, значения основных физических констант и даже форма физических закономерностей тесно связаны с фактом структурности Вселенной во всех масштабах - от элементарных частиц до сверхскоплений галактик. С возможностью существования условий, при которых возникают сложные формы движения материи и в конце концов жизнь и человек.

Почему из бесконечной области всевозможных значений фундаментальных мировых постоянных, характеризующих физические взаимодействия, и бесконечного разнообразия начальных условий, которые могли существовать в очень ранней Вселенной, реализуются величины и условия, приводящие к вполне конкретному набору особенностей, наблюдаемых нами? В пространстве N измерений точечные источники взаимодействуют с силой, гдеr - расстояние между источниками. Можно показать, что устойчивые движения двух тел, взаимодействующих по такому закону, отсутствуют при N3. Еще в 20-е годыXX столетия П. Эренфест показал, что если бы число пространственных координат N было равно четырем, то не су-

ществовало бы замкнутых орбит планет и, естественно, Солнечной системы и человека. При N = 4 была бы невозможна также атомная структура вещества. При N < 2 движение происходит в ограниченной области. Только при N = 3 возможны как связанные, так и несвязанные движения, что как раз и реализуется в наблюдаемой Вселенной.

Исследования показывают, что Вселенная, в которой мы живем, удачно приспособлена для нашего существования. Основные свойства Вселенной объясняются значениями нескольких фундаментальных постоянных (гравитационная постоянная, масса протона и электрона, заряд электрона, скорость света и др.). В наблюдаемой Вселенной существует удивительное совпадение, вернее согласование энергии расширения Вселенной и ее гравитационной энергии, значения фундаментальных констант гравитационного, сильного, слабого, электромагнитного взаимодействий имеют такие значения, что обеспечивает возможность возникновения галактик и звезд, в том числе стабильных, в которых термоядерные реакции протекают в течение многих миллиардов лет.

Для иллюстрации связи характеристик Вселенной с физическими константами представьте себе, что произошло бы при изменении значений фундаментальных мировых постоянных. Например, если бы масса электрона была в 3-4 раза выше ее нынешнего значения, то время существования нейтрального атома водорода исчислялось бы несколькими днями. А это привело бы к тому, что галактики и звезды состояли бы преимущественно из нейтронов, и многообразия атомов и молекул в их современном виде просто не существовало бы.

Современная структура Вселенной очень жестко обусловлена величинойт. е. разницей в массах нейтрона и протона. Разность очень мала и составляет всего около 10 -3 от массы протона. Однако если бы она была в три раза больше, то во Вселенной не мог бы происходить нуклеосинтез и в ней не было бы сложных элементов. Увеличение константы сильного взаимодействия всего на несколько процентов привело бы к тому, что уже в первые минуты расширения Вселенной водород полностью бы выгорел и основным элементом в ней стал бы гелий.

Константа электромагнитного взаимодействия тоже не может существенно отклоняться от своего значения - 1/137. Если бы, например, она была 1/80, то все частицы, обладающие массой покоя, аннигилировали бы и Вселенная состояла бы только из безмассовых частиц.

Достаточно было сравнительно небольшого отличия констант от существующих в действительности, чтобы либо галактики и звезды вообще бы не успели возникнуть к нашему времени (если бы константа гравитационного взаимодействия была на 8-10% меньше), либо, звезды эволюционировали бы слишком быстро (если бы она была больше на 8-10%). В соотношении констант обнаружены такие тонкости, что, например, константа сильного взаимодействия обеспечивает протекание ядерного синтеза в недрах звезд с образованием углерода и кислорода, которые поставляются в космос при взрыве сверхновых звезд, и служат в дальнейшем материалом для формирования звезд второго поколения типа Солнца и планетных систем. Ясно, что даже небольшого отклонения от константы сильного взаимодействия было бы достаточно, чтобы жизнь на Земле оказалась невозможной. Если бы величины этих констант несколько отличались от их значений, то свойства Вселенной были бы совсем другими. Эти самые свойства являются условиями возникновения той формы жизни, которая существует на Земле. Сущность антропного принципа в том, что жизнь является неотъемлемой частью Вселенной, естественным следствием ее эволюции. Мы видим, таким образом, что наша реальная Вселенная поразительно приспособлена для возникновения и развития в ней существующей формы жизни. Можно сказать, что нам просто повезло - константы в Метагалактике оказались благоприятствующими для возникновения жизни и поэтому мы существуем и познаем Вселенную. Но наряду с такой Метагалактикой имеются многие другие с иными константами, с другим распределением материи, геометрией и даже, возможно, с другими размерностями пространства, совершенно неподходящими для жизни, с условиями, которые трудно вообразить. Другие Метагалактики - это "миры иных констант". Некоторые из них совсем не похожи на нашу

Вселенную, но вполне возможно, что в каких-то метагалактиках есть и разумные существа.

Суть антропного принципа заключается в следующем: Вселенная такова, какой мы ее видим, поскольку в ней существуем мы, т. е. наблюдатели, способные задаться вопросом о свойствах Вселенной; при других параметрах во Вселенной невозможны сложные структуры и жизнь в известных нам формах. Выше было отмечено, что даже небольшие изменения фундаментальных постоянных приводят к качественным изменениям свойств Вселенной, в частности к невозможности существования сложных структур, а значит, и самой жизни.

Возможность согласованного и сильного изменения всего набора физических констант, параметров Вселенной (а в принципе и физических законов) так, чтобы получить модели других вселенных, в которых выполнены если не достаточные, то хотя бы необходимые условия для возникновения сложных структур и жизни, представляется интересным. Конечно, такая задача в полном объеме пока не разрешима.

Познание человеком свойств Вселенной - тоже эволюционный процесс, зависящий от уровня развития человеческого общества и в первую очередь от уровня развития науки. Образы Вселенной на каждом историческом этапе были различны. Всех свойств нашей Вселенной мы еще не знаем, но фантазия теоретиков уже блуждает в запутанных лабиринтах предположений о свойствах других возможных Вселенных. Антропный принцип отнюдь не исключает возможности их существования. Их свойства могут быть таковы, что возникновение жизни в них будет невозможно и их эволюция будет проходить "без свидетелей".