Сучасний нестаціонарний Всесвіт

Вже згадувалося, що середня густина речовини Всесвіту за величиною досить близько підходить до критичної . Якби  << скр., то конденсація речовини галактики з первісних флуктуацій стала б практично неможливою, а при с >> скр. цикл розширення з наступним стисненням був би надто коротким, щоб виникли й розвинулись складні біологічні і соціальні утворення.

Антропний принцип

Бачимо - Всесвіт дивовижно пристосований, настроєний до виникнення в ньому органічного життя. Так, зокрема, якби не існувало Всесвіту, а тільки наша Сонячна система, то життя на Землі не зародилося через відсутність у ній важких хімічних елементів, необхідних для його синтезу. Виходить, що «початкові умови» в епоху Великого Вибуху були такими, що через мільярди років еволюції з необхідністю мали призвести до появи такого унікального феномену, як життя. Навіть положення Землі відносно Сонця зіграло тут немалу роль.

Так, якби наша планета хоча б на 5% була ближче до Сонця, то через 4 млрд років на ній сталося б перегрівання (парниковий ефект) і тоді не змогли б утворитися складні молекулярні сполуки, зокрема білок. Якби на 1% була розташована далі від Сонця, то її поверхня за 2 млрд років покрилася б товщею криги. Тривалість доби Т = 24 години невелика, тому створює на Землі помірні перепади температури (на Венері Т = 242 доби). Позаяк Земля обертається навколо Сонця майже по коловій орбіті, то це також не призводить до різкої зміни температури, не робить її смертоносною. Треба сказати, що наша Земля має просто ідеальні розміри для життя на ній людини. Якби вона була трохи більшою, то внаслідок сильної гравітації в атмосфері зібралося б надміру водню. В іншому разі внаслідок незначного зменшення радіуса Землі наш життєдайний кисень розсіявся б у міжпланетний простір. У кожному разі життя на Землі стало б неможливим. Якби вісь добового обертання Землі була нахилена до площини екліптики під меншим кутом, ніж 66034?, поява життя на ній ускладнилася б різкими перепадами температури упродовж року.

Благотворно впливають на життя нашої планети сусіди-гіганти Юпітер, Сатурн та інші, не допускаючи випадання з космосу важких тіл на Землю, своїм тяжінням відвертаючи їх від Землі (захищаючи цим).

Зрештою, якби наша Сонячна система була ближче до центра Галактики, то гравітація сусідніх зір помітно викривлювала б орбіту Землі. Якби ближче до краю Галактики, то не було б достатньо важких хімічних елементів, з яких утворилася Сонячна система.

Врешті, виникнення важких елементів, складних молекул і, як підсумок, усіх форм фауни, флори і нашого земного життя було можливим лише при цілком певних, строго витриманих співвідношеннях між характеристиками елементарних частинок, які могли бути зовсім іншими. Хоча в принципі аномалії цілком допустимі, але вони не бажані, якщо, звичайно, існують.

Усі наведені факти збалансованості найрізноманітніших фізичних і космологічних засад (тонка настройка Всесвіту), що з неминучістю призводять до появи сучасного матеріального світу і в ньому життя, - антропний принцип. Цей принцип у 1974 році сформулював фізик Б.Картер. Його зміст: «Ми існуємо, тому що Всесвіт такий, який він є». Тут установлюється зв'язок між існуванням людства і фундаментальними властивостями Всесвіту.

Антропний принцип теологи інтерпретують як Божественний акт творення світу Провидінням в ім'я людини і її щастя на Землі. Згідно з цією концепцією початок Всесвіту ознаменований саме Великим Вибухом. Дальший розвиток науки покаже, чи цей погляд на природу і людину має достатньо підстав, чи являється більш або менш вірогідною гіпотезою. Заперечуючи її, необхідно визнати наш світ і людину в ньому як чисто випадкове явище, хоча є інша альтернатива. Вона зводиться до того, що у Всесвіті може бути безліч світів - флуктуацій первісного субстрату (ще в стані сингулярності), відтак Всесвіт сповнений життя, людських цивілізацій, про які ми досі нічого не знаємо, навіть не здогадуємось. Але допустиме й протилежне - ми цілком одинокі у безмежному Всесвіті. Радянський астрофізик Шкловський І.С. наприкінці свого життя дійшов саме такого похмурого висновку, а В.І.Вернадський вважав, що проблему походження життя на Землі треба розглядати в загальному контексті еволюції Всесвіту як цілого. Тому необхідне комплексне вивчення цієї проблеми в єдності всіх її рушійних чинників - біохімічного, молекулярно-біологічного, космологічного (пов'язаного з формуванням фізичних передумов органічного життя в умовах революціонізуючого Всесвіту), й астрофізичного(поширення життя в космосі, проблема SETI тощо). Очевидно, в такому аспекті і повинна розв'язуватися ця складна проблема з проблем.

Труднощі сучасного світобачення та ще низка світових загадок

Ні один із фізичних експериментів на сьогодні достатньо не підтверджує провідних теорій світобудови й складних процесів у Всесвіті: надмір велика невизначеність розрахунків. Так, урахування сплющеності Сонця біля полюсів внесло б поправку на рух перигелію Меркурія і викривлення траєкторії світлових променів, що поширюються поблизу масивних тіл. Проте для коректив даних сучасних спостережень недостатньо точних розрахунків. Це саме можна сказати стосовно ототожнення гравітаційної та інертної мас (точність досліджень зараз 10-11). Відтак з упевненістю твердити, що гравітація справді є проявом викривлення простору, немає достатніх підстав. Досі також не вдалося об'єднати загальну теорію гравітації з квантовою механікою, тому не створена квантова теорія гравітації. Труднощі ЗТВ переносяться на космологію, в основі якої лежить ця теорія.

Досі невідомо, чи існує десь у світі антиречовина (антигалактики), справжнє значення критичної густини Всесвіту скр., що не дає змоги передбачити еволюцію Всесвіту в майбутньому. Ще до решти не з'ясована фізична природа квазарів; невідомо, чому в космосі трапляються складні молекули; зрештою, звідки виник сам Всесвіт.

І найскладніше - це життя, яке не можна створити фізичними методами, хоча молекули живої матерії підпорядковуються тим самим фізичним законам, які керують поведінкою неживих об'єктів. Можливо, існує життєвий принцип, необхідний для створення живої матерії, тобто існують якісь біотонічні фундаментальні закони, застосовні до біологічних систем, але такі, що не діють у фізичному світі. Ці закони допоки не відкрито. Науці доглибинно незрозумілі фізичні основи життя і не відомо, чи колись узагалі наука цього досягне. Не ясно, чи варто постулювати наявність цих загадкових законів.

Можливо, з часом ми розгадаємо ці складні теоретичні і практичні таємниці природи, якщо знову не зіткнемося з ще складнішими фундаментальними проблемами. В цьому сенс науки, її непримарна краса.

Симетрія сучасного Всесвіту

Уже неодноразово згадувалося, що Всесвіт, у якому ми живемо, проявляє дивну однорідність та ізотропність. Тож цілком закономірно симетрія стала вихідною гіпотезою, на якій будувалися всі основні висновки теорій про нестаціонарність нинішнього Всесвіту, зокрема Фрідмана і Леметра. Розподіл і рух речовини у Всесвіті в середньому однорідний і рівномірний, що підтверджують астрономічні спостереження. Заодно закон розбігання галактик Габбла свідчить про ізотропію космологічного розширення, бо коефіцієнт пропорційності Н (стала Габбла) однаковий для всіх галактик, у якому б напрямі вони не перебували.

Заповнений речовиною простір, відповідно до ЗТВ, однорідний. Водночас ізотропія руху речовини, незалежність її фізичних властивостей від напряму, стверджують, що світовий простір невіддільний від ізотропії.

Очевидно ізотропія являє собою симетрію, що вища й загальніша за однорідність. У геометрії, зокрема, доведено, що умова ізотропії простору автоматично передбачає його однорідність. Ця остання, взагалі кажучи, можлива не лише в ізотропічному просторі. Однорідність проявляється і в апізотропічному просторі, тобто там, де існують відокремлені або переважаючі напрями.

Коли було відкрито реліктове випромінювання, ізотропія світу отримала небувале по силі підтвердження. Це тому, що потоки реліктових фотонів надходять до нас ізотропно, тобто рівномірно зі всіх сторін.

Завершальний підсумок

Читаючи цю книгу, ми переконалися у тому, що:

симетрія - це зрівноваженість, упорядкованість, краса, досконалість, доцільність у побудові фізичних об'єктів;

симетрія виражає збереження властивостей і відношень для фізичних тіл і явищ при якихось їх змінах. Це єдність збереження і змін (руху);

з принципів симетрії можна вивести закони збереження, а з них інші, окремі закони фізики і явища, які вони описують. Принципи симетрії увінчують ієрархію наукового значення;

у світі разом існують симетрія і асиметрія. Вони перебувають у діалектичному взаємозв'язку, причому в симетрії відбито той бік явищ, який відповідає спокою, а в асиметрії та їх сторона, яка відповідає рухові;

гармонія фізичних тіл і явищ не рідко визначаються симетрією, але частіше діалектичною комбінацією симетрії й асиметрії. Тут особливо відчутний вплив тих симетрій, яким вона підпорядковується, - симетрій простору і часу та симерії чотирьох фізичних взаємодій.

Задачі та запитання до розділу V

Червоне зміщення ліній у спектрі віддаленої галактики z=0,01. Яка відстань до галактики? Стала Габбла Н=75 км/с·Мпк.

У спектрі галактики лінія водню зміщена в червоний бік спектра на . Визначити швидкість віддаляння галактики і відстань до неї.

Галактика NEC 4045 находиться від нас на відстані 5Мпс. Визначити швидкість її віддаляння.

Яка променева швидкість квазара, для якого ?

Точка знаходиться від нас на відстані 1Мпк. Де вона перебувала одну секунду тому назад? Взяти Н=75 км/с·Мпк.

Сучасні телескопи фіксують скупчення галактик, швидкість віддаляння яких 280000 км/с. На якій відстані від нас знаходяться ці галактики?

Хімічний склад «гарячого» Всесвіту може істотно відрізнятися від складу «холодного» Всесвіту. Поясніть це.

Якою була абсолютна температура Т, що в минулому випромінювала реліктове випромінювання, якщо густина атомів тоді була у мільярд разів вища, ніж тепер? Врахувати, що , де R - радіус Всесвіту, а .

Є дві протилежні точки на небесній сфері, де можна виявити невелику неоднорідність інтенсивності реліктового випромінювання. Чим викликані ці відхилення від середнього значення? Де більша за середню інтенсивність реліктового випромінювання, а де менша?

Інтенсивність іонізації повітря космічним промінням подібно до реліктового випромінювання практично не залежить від добового обертання Землі. Пояснити цей спостережуваний факт.

Гарячу чи холодну модель Всесвіту підтверджують дані задач 7 і 8?

Чому кванти мікрохвильового реліктового випромінювання не поглинаються речовиною Всесвіту і з часом не зникають у космічному просторі?

Що розуміють, коли ведуть мову про «злиття» початків існування матерії в часі та в просторі?

Чи можуть у мегасвіті існувати якісь нові фундаментальні фізичні закони, на сьогодні ще невідомі науці? Як ви думаєте?

Чи впливає неточність оцінок числового значення Н на визначення відносних відстаней до галактик?

Який закон симетрії охоплює єдність і боротьбу протилежностей, заперечення і протиріччя різних форм єдиної природи? Наведіть приклади.

Працюючи до 1934 року на 2,5-метровому рефлекторі, Габбл установив, що на один квадратний градус неба в середньому припадає 131 галактика (із зоряною величиною до 20m). Який важливий висновок випливає з цього незвичайного відкриття?

Нехай N(m) - число об'єктів на заданій ділянці неба, видима зоряна величина яких дорівнює m. Тоді, як стверджує теорема Зеєлігера, виконується співвідношення: . На 6-метровому телескопі знайдено, зокрема, що N(24)=3,984N(20)?1,4·109. Про що це свідчить?

Відповіді до задач і запитань розділу V

40Мпк.

457км/с; 60,95 Мпк.

375 км/с.

0,6 с.

На 75 км ближче до нас.

? 15 млрд св. років.

За наявності високих температур можуть відбуватися термоядерні реакції, коли хімсклад речовини змінюється.

Т = 3000К, л = 1мк.

Рухом Сонця з швидкістю 370 км/с відносно сукупності всіх інших галактик. Поблизу апекса спостерігатиметься розрідження, а поблизу антиапекса - згущення!

Іонізуючі промені рівномірно надходять із усього космічного простору (проявляють ізотропію), а не з надр Землі.

Гарячу модель.

Ці кванти слабко взаємодіють із речовиною, бо дуже мала її середня густина, а також невелика енергія реліктових квантів.

Великий Вибух та його дальший розвиток.

Так. Згадаймо, як, вивчаючи явища й процеси мікросвіту, було відкрито низку законів, об'єднаних у квантову механіку, які притаманні лише мікросистемам. Чому ж тоді якісь нові, невідомі досі закони, зокрема фізики, не можуть функціонувати у мегасвіті? Тим не менше, що зараз відкриті загадкові об'єкти і процеси (квазари, квазаги, вибухи в ядрах галактик тощо), які ще невзмозі пояснити сучасна наука, природа яких не з'ясована.

Не впливає, бо в цих розрахунках Н скорочується.

Закон парності. Приклади виразу закону парності: 1) пара частинок з протилежними зарядами; 2) пари близьких за характеристиками планет (Земля-Венера, Юпітер-Сатурн; 3) пара зоряних систем із різними напрямами обертання: 4) у живій природі парність проявляється в існуванні чоловічих і жіночих особин.

У середньому розподіл галактик у просторі ізотропний.

Розподіл галактик у просторі однорідний.

Размещено на Allbest.ru