Почему современная космология такая странная?

Джейк Хеберт

Космология занимается исследованием происхождения и структуры Вселенной. Большой взрыв является преобладающей космологической моделью, и поэтому большинство астрономов интерпретирует все свои наблюдения в рамках именно этой парадигмы.

Космология Большого взрыва (или теория горячей Вселенной) состоит из множества странных понятий, таких как инфляция, темная энергия, экзотические формы темной материи и мультивселенная. Несмотря на то, что такие надежные научные концепции, как квантовая механика или относительность, могут и впрямь казаться необычными или нелогичными, странные мнения ученых-космологов могут быть попытками оживить умирающую теорию. Много странного и непонятного в современной космологии появилась из-за того, что ученые попытались подогнать данные под теорию Большого взрыва. Космология может показаться несколько пугающей тому, кто не разбирается во всем этом, но если подумать о причинах, по которым космологи прибегают к таким странным концепциям, как инфляция, сразу становится понятно, что модель Большого взрыва находится под угрозой.

В основе теории Большого взрыва лежит предположение, что в космосе нет никаких особенных мест.1 Так как край или центр был бы этим самым «особенным» местом, следовательно, у Вселенной нет ни края, ни центра.2

Предположение об отсутствии во Вселенной особенных мест ведет к трем вариантам «изгиба вселенной» - другими словами космос может быть плоским, сферическим или гиперболическим.3,4 Плоское пространство должно иметь 3-D геометрию, аналогичную 2-D геометрии плоского листка бумаги. Подобным образом геометрия сферического или гиперболического космоса соответствует геометрии поверхности шара и седла. В плоском пространстве лучи никогда не пересекаются. В сферическом пространстве они сходятся, а в гиперболическом расходятся. Когда вы смотрите на объект, он имеет угловой размер (к примеру, угловой размер луны составляет примерно половину градуса). Если бы космос был сферическим или гиперболическим, объект, расположенный от нас на очень далеком (космологическом) расстоянии, имел бы не такой угловой размер, как в плоском пространстве при том же самом расстоянии. Другими словами объект казался бы крупнее или меньше, чем он есть на самом деле. В плоской Вселенной угловой размер сильно отдаленного объекта не был бы искажен.

Длинноволновое, почти равномерное электромагнитное излучение (микроволновое излучение) приходит к нам со всех сторон космоса. В рамках модели Большого взрыва, считается, что это микроволновое фоновое излучение (МФИ) представляет собой реликтовое излучение, пришедшее до нас примерно через 390 000 лет после Большого взрыва. Внутри МФИ присутствуют горячие точки – области, характеризующиеся температурой, слегка выше средней. Если бы вы могли видеть в небе эту точку невооруженным глазом, она имела бы угловой размер. Согласно теории Большого взрыва, если большая Вселенная плоская, то основные точки МФИ имеют угловой размер, равный примерно 1°. Поскольку угловой размер основных горячих точек равен примерно 1°, космологи пришли к заключению, что мы живем в плоской Вселенной.5 Однако этот прогноз составлен чисто на предположениях о Большом взрыве. Другими словами, если Большого взрыва не было, горячие точки с угловым размером 1° все равно могут наполнять Вселенную, которая не является плоской.

Космологи подсчитали текущее значение массовой плотности ρ_o Вселенной, т.е. среднее количество массы внутри данного объема пространства. Так как энергия, согласно известной формуле Эйнштейна E=mc², имеет массу, при определении значения ρ_o, следует учитывать как материю, так и энергию. Космологическая модель Большого взрыва предполагает существование особой, «критической» плотности Вселенной, ρ_c. Плоская Вселенная предполагает, что значение ρ_o должно быть равно текущему значению ρ_c.

Наблюдения показывают, что ρ_o намного меньше, чем критическая плотность ρ_c.6 Поскольку космологи уверены в плоской Вселенной, они считают, что ρ_o должно равняться ρ_c. Это говорит о том, что существует некая невыявленная энергия, которая и отвечает за эту явную нехватку. И тут на помощь приходит «темная энергия», которая якобы составляет примерно 70 процентов общей энергии Вселенной.7

Наблюдая далекие суперновые звезды, ученые пришли к заключению, что эта темная энергия вызывает повышение скорости расширения Вселенной.8,9 Однако по мнению Джорджа Эллиса, одного из ведущих космологов-теоретиков (и соавтор классической работы Стивена Хокинга об относительности и космологии10), эффекты, вызванные неоднородностью пространства, могут быть причиной того, что космологи «видят» повышение скорости, которого в действительности не существует.11

Плоская Вселенная вносит в модель Большого взрыва немало проблем, поскольку для плоского космоса необходимо, чтобы ρo, текущее значение средней массовой плотности ρ, было равно значению критической плотности ρ_c. В рамках доминирующей теории, если сегодняшнее ρ = ρ_c, эти величины должны были быть одинаковыми и вскоре после взрыва, несмотря на тот факт, что в расширяющейся Вселенной значение ρ со временем должно было уменьшаться. Это происходило бы из-за того, что даже крошечные отклонения ρ от ρ_c быстро увеличивались бы. Если бы значение ρ в ранней Вселенной было бы меньше тогдашнего значения ρ_c, Вселенная расширилась бы слишком быстро и в ней не образовались бы галактики. Однако если бы значение ρ было бы больше значения ρ_c, произошел бы коллапс Вселенной в «Большом Сжатии». Во избежание всех этих крайностей потребовалась бы просто нелепая подстройка — сразу же после Большого взрыва, значения ρ и ρ_c должны были бы совпадать с точностью до более 50 знаков после запятой!12 Всё это, несомненно, проблематично для тех, кто стремится объяснить наше существование без Творца!

Теория Большого взрыва связана с еще одним затруднением – проблемой «горизонта» или «изотропии»: МФИ, приходящее из одной части неба, почти такое же, как МФИ, приходящее из другой части неба. Это означает, что сильно отдаленные части предполагаемого «первичного огненного шара» имели, по сути, одинаковую температуру. Однако, из-за того, что в ранней Вселенной существовали якобы беспорядочные условия, сильно отдаленные друг от друга области огненного шара должны были бы иметь разную температуру. Температура отдаленных областей могла быть одинаковой, если бы электромагнитное излучение перешло бы из теплых частей в прохладные части огненного шара (аналогично тому то, как вы согреваетесь от исходящей энергии костра). Однако так как скорость передачи электромагнитного излучения равна скорости света, даже 13.7 миллиардов лет (предполагаемый возраст Вселенной) было бы недостаточно, чтобы оно могло преодолевать огромные расстояния между сильно отдаленными друг от друга областями Вселенной.13 Скептики часто используют аргумент против библейского сотворения, что мы не можем видеть свет далеких звезд во Вселенной, которой 6000 лет, но модель Большого взрыва и сама не способна справиться с проблемами путешествия света и времени!14

Еще одно препятствие – проблема «магнитного монополя». Некоторые теории в физике элементарных частиц, известные как теории великого объединения (ТВО), предполагают, что при сверхвысокой энергии три фундаментальных взаимодействия объединяются. Теория Большого взрыва и ТВО предсказывают, что Вселенная должна быть наполнена магнитными монополями — магнитами с одним магнитным полюсом.15 Но никто и никогда не видел ни одного монополя. Вам не обязательно вдаваться во все детали ТВО, чтобы понять, что это довольно затруднительная ситуация для Большого взрыва!

Для решения этих проблем теоретики предложили инфляцию — очень быстрое, кратковременное увеличение скорости расширения ранней Вселенной. Такое увеличение, по-видимому, полностью устраняет необходимость экстремальной настройки значения ρ. Считается, что инфляция расширила Вселенную настолько, что для нас она выглядит плоской, хотя может такой и не быть (шар кажется нам плоским, если мы смотрим на него вблизи). Похоже, проблема «горизонта» решена. Инфляция якобы вызвала такое быстрое расширение пространства (со скоростью намного быстрее скорости света16), что области космоса, которые в ранней Вселенной раньше могли «говорить» друг с другом, отдалились и их «общение» прекратилось. В конечном итоге колоссальное расширение в результате инфляции в размерах Вселенной предположительно разбавило плотность магнитного монополя, поэтому мы (что очень удобно, согласитесь) не можем видеть магнитные монополи, прогнозируемые ТВО и теорией Большого взрыва.

Поборники Большого взрыва признают, что не имеют каких-либо свидетельств инфляции, которую они так жаждут доказать.17,18 Это и не удивительно, учитывая тот факт, что инфляция и не была частью первоначальной модели Большого взрыва, а появилась позднее, как импровизированная идея, необходимая для решения серьезных (и даже фатальных) трудностей теории.

Со временем теоретики пришли к заключению, что их ранние идеи об инфляции были слишком упрощенными. Более современные взгляды на инфляцию предполагают, что она не закончилась внезапно, и что разные области космоса перестали раздуваться в разное время. В результате такого сценария образовалось бесконечное множество «пузырчатых» или «карманных» вселенных, из которых наша – всего лишь одна в огромной мультивселенной.19

В дополнение ко всем своим странностям, Большой взрыв также приводит к выводу, что большинство материи во Вселенной не является той «нормальной», известной нам атомной материей. Один из аргументов в пользу Большого взрыва заключается в том, что он объясняет относительное изобилие «легких» химических элементов, таких как водород, гелий и литий. Однако, ядерный рецепт, отвечающий за изобилие этих легких элементов, также фиксирует общее количество протонов и нейтронов (классифицируемые как барионы), выработанных Большим взрывом. Поскольку атомы содержат протоны и нейтроны, они классифицируются как барионное вещество. Наблюдения указывают на то, что в дополнение к наблюдаемой нами светящейся материи (звезды и светящийся газ), возможно, существует огромное количество несветящегося темного вещества. Космологи часто утверждают, что соотношение общей материи к видимой материи составляет примерно десять к одному.20 Это должно означать, что темная материя составляет примерно 90 процентов материи вселенной. Объяснить эту «недостающую» темную материю довольно трудно. Именно поэтому космологи-креационисты и эволюционисты предположили, что то, что мы понимаем как большие количества темной материи, фактически может быть результатом неизвестной физики.21,22

Однако для модели Большого взрыва темная материя представляет особую проблему, так как Большой взрыв мог образовать достаточно протонов и нейтронов, приходящихся примерно на 20% всей предположительно существующей материи.23 Примерно половину из этих 20% должна была составлять видимая нами светящаяся барионная материя, а вторую половину – некая форма барионной темной материи. Таким образом, космологи должны заявлять, что 80% остальной материи представлено темной материей, не состоящей из атомов. Защитники Большого взрыва не смогли объяснить такие огромные количества небарионной материи и прибегли к экзотическим, гипотетическим (и ненаблюдаемым) формам материи, таким как вимп (слабовзаимодействующие массивные частицы).24

Одним словом, причина странности современной космологии кроется в принятии Большого взрыва и разных концепций, придуманных для продвижения этой модели. Мне вспоминаются строки из произведения Вальтера Скотта Мармион: «Прилежно мы сплетаем сети, чтоб одурачить всех на свете».25

Ссылки и примечания

1. Фридман, Р. A. и В. Д. Кауфманн III. 2002. «Universe: Stars and Galaxies», New York: W. H. Freeman and Co., 643-644. Вернуться к тексту.
2. Хамфрис, Д. Р. 1994. «Starlight and Time», Green Forest, AR: Master Books, 14. Вернуться к тексту.
3. Бергстром, Л. и A. Губар. 2008. «Cosmology and Particle Astrophysics», 2nd ed. Chichester, UK: Praxis Publishing Ltd., 48-50. Вернуться к тексту.
4. Фридман и Кауфманн, «Universe», 653. Вернуться к тексту.
5. Там же, 653-656. Вернуться к тексту.
6. Там же, 656. Вернуться к тексту.
7. Бергстром и Губар, «Cosmology and Particle Astrophysics», 5. Вернуться к тексту.
8. Фридман и Кауфманн, «Universe», 656-659. Вернуться к тексту.
9. «Discovery of Accelerating Universe Wins 2011 Nobel Prize in Physics» // Scientific American News, Posted on scientificamerican.com October 4, 2011, accessed June 7, 2012. Вернуться к тексту.
10. Хокинг, С. В. и Г. Ф. Р. Эллис. 1973. «The Large Scale Structure of Space-time». Cambridge, UK: Cambridge University Press. Вернуться к тексту.
11. Эллис, Г. Ф. Р. 2009. «Dark energy and inhomogeneity. Recent Developments in Gravity (NEB XIII)» // Journal of Physics: Conference Series 189, IOP Publishing. Posted on iop.org, accessed June 5, 2012. Вернуться к тексту.
12. Фридман и Кауфманн, «Universe», 670-671. Вернуться к тексту.
13. Там же, 670. Вернуться к тексту.
14. Лизл, Д. 2003. «Light-travel time: a problem for the big bang» // Creation. 25 (4): 48-49. Вернуться к тексту.
15. Райндлер, В. 2008. «Relativity: Special, General, and Cosmological», 2nd ed. Oxford, UK: Oxford University Press, 414. Вернуться к тексту.
16. Это не нарушает относительность, которая просто препятствует прохождению объектов через пространство со скоростью выше скорости света. Вернуться к тексту.
17. Киси, Л. «NASA to Probe the Universe’s First Moments». Goddard Space Flight Center. Posted on nasa.gov, April 29, 2010, accessed June 6, 2012. Вернуться к тексту.
18. Фолкнер, Д. «Have cosmologists discovered evidence of inflation?» Posted on creation.com, March 29, 2006, accessed on June 6, 2012. Вернуться к тексту.
19. Лемли, Б. «Guth’s Grand Guess» // Discover. Posted on discovermagazine. com, April 1, 2002, accessed June 6, 2012. Вернуться к тексту.
20. Краусс, Л. 2012. «A Universe from Nothing». New York: Free Press, 24-25. Вернуться к тексту.
21. Хартнетт, Д. 2007. «Starlight, Time, and the New Physics». Australia: Creation Book Publishers, 34-54. Вернуться к тексту.
22. Рейч, E. С. «Alternate theory poses dark matter challenge». Nature News Blog. Posted on nature.com February 23, 2011, accessed June 8, 2012. Вернуться к тексту.
23. Краусс, «A Universe From Nothing», 24-25. Вернуться к тексту.
24. «Dark Energy, Dark Matter» // NASA Science: Astrophysics. Posted on nasa.gov, May 18, 2012, accessed June 8, 2012. Вернуться к тексту.
25. Скотт, В. 1808. «Marmion». Edinburgh: J. Ballantyne and Co. Canto VI, XVII. Вернуться к тексту.

* Доктор Хеберт - научный сотрудник Института креационных исследований. Он получил степень доктора физических наук в университете Техаса, Даллас.