Модель «Самосогласованной космологии» постнеклассической науки

Эта модель предложена Нобелевским лауреатом И. Пригожиным и его сотрудницей И. Стенгерс в работе «Время, хаос, квант. Крещению парадокса времени» (М., 2001). В этой модели сделана попытка уточнить смысл времени и необратимости на уровне космологии. Это довольно сложная модель в содержательном смысле. В ней главный акцент делается на объяснение процесса необратимости «рождения Вселенной».

Суть проблемы, о которой идет речь в данной модели, заключается в следующем. Если модели «Большого взрыва» и «Инфляционной Вселенной» верны, то возникает вопрос, будет ли Вселенная расширяться вечно. Если да, то это будет модель «Открытой Вселенной».Если нет, то Вселенная должна со временем сжиматься, и это будет модель «Закрытой Вселенной». Вэтой модели возникает вопрос, какой будет конечная стадия этого сжатия: подобная состоянию перед «Большим взрывом» или это сжатие будет скачком в новую стадию расширения? Если модель Вселенной является открытой, то расширение может быть с некоторой фиксированной ее плотностью. Далее Вселенная может расширяться по инерции с фиксированной средней плотностью. Но возможен сценарий, когда она расширяется ускоренно. Тогда вокруг нас будет все меньше и меньше галактик и звезд. Авторы модели «Самосогласованной космологии» называют модели «Большого взрыва» и «Инфляционной Вселенной» стандартными.Согласование между этими стандартными моделями и моделью, предлагаемой указанными выше авторами, основывается на допущении, что

процессу раздувания Вселенной предшествует более раннее физическое

состояние квантового вакуума с черными мини-дырами с массой порядка планковой массы (масса Планка — 10-5 г). Эти черные мини-дыры, как утверждают авторы модели «Самосогласованной космологии», не могут быть стабильно устойчивыми. Распад черных мини-дыр представляет исходное неустойчивое физическое состояние Вселенной, ведущее к образованию

«обычной» материи и излучения. Здесь используется предположение о том, что все черные дыры, а не только черные мини-дыры, при распадах испускают тепловое излучение. Это позволяет характеризировать черные дыры температурой и временем их существования. Величина температуры черной мини-дыры обратно пропор-

дистальна ее массе. Время существования черной дыры возрастает как куб ее

массы.

Согласно этой модели черная мини-дыра с планковой массой должна исчезать

за время порядка планковского времени (10-43с). Черные мини-дыры, о которых говорится в этой модели, обладают и энтропией: все в себя всасывают и выдают в квантовый вакуум (окружающую их среду) только тепловое излучение. Распад черных мини-дыр ведет к производству энтропии во Вселенной. В целом модель

«Самосогласованной космологии» стремится придать законам термодинамики (закон сохранения энергии и закон роста энтропии) космологический смысл. Распад черных мини-дыр сопровождается рождением частиц, поэтому в этой модели наряду с такими понятиями, как плотность, давление, температура, радиус Вселенной, вводится понятие плотности процесса рождения частиц при распадах черных мини-дыр.

Часто авторы этой модели обращаются к гипотезе «бесплатного обеда»,

появившейся в семидесятых годах прошлого века: какова «цена» затраты энергии

за возникновение Вселенной. Согласно некоторым представителям этой гипотезы Вселенная возникает из ничего (полная энергия-масса Вселенной равна нулю) в результате (спонтанной) флуктуации вакуума. Это «ничто» соответствует Вселенной с пространственно-временной кривизной, равной нулю. Правда, здесь возникает ряд вопросов принципиально теоретического характера (отличие, например, отрицательной энергии, связанной с выходом тела из гравитационного поля другого тела, и энергией, выраженной в формуле Е= тс2).

Модель «Самосогласованной космологии» делает следующие выводы:

— доинфляционное состояние Вселенной является неустойчивым состоянием квантового вакуума с черными мини-дырами, энергетическим порогом для которых является масса Планка (10-5 г);

— пространство-время (кривизна равна нулю, т. е., по Эйнштейну, сила гравитации, тяжести равна нулю) преобразуется из такого вакуума в материю за счет диссипации и производства энтропии.

В настоящее время (конец 2003 г.) на основании предварительного анализа данных, полученных с помощью микроволнового зонда, запущенного в 2001 г. на расстояние 1,5 млн км от Земли

(точка, где силы тяготения Солнца и Земли уравновешенны), высказываются

следующие предположения:

1. Постоянная Хаббла составляет 71 км/с · Мпс. Зонд фиксировал микроволновое, реликтовое излучение.

2. Возраст Вселенной — приблизительно 13,7 млрд лет.

3. Средняя величина реликтового излучения -2,735 К, и оно возникло, когда

Вселенной, было всего 380 тыс. лет.

4. «Темная материя, или энергия» содержит около 73% всей энергии

Вселенной.

5. Высказывается предположение о том, что «темная материя» представляет собой некую силу отталкивания. Эта сила через 22 млрд лет преодолеет силу тяготения, господствующую в «светящейся материи» Вселенной, и разорвет

атомы на составляющие их элементы (протоны и т. д.). Правда, ученые считают,

что эту проблему (уточнение параметров «темной энергии, или материи») нужно исследовать с помощью более совершенного зонда, чтобы получить надежные данные об инфляционной стадии в развитии Вселенной.

ВЫВОДЫ

1. Первыми релятивистскими моделями в космологии являются модели А. Фридмана,

которые привели к созданию модели «Космологического Большого взрыва».

2. Исследования Э. Хаббла галактик открыли явление «разбегания галактик». Оно стало рассматриваться как подтверждение релятивистских моделей о неустойчивости плотности энергии-материи во Вселенной, т. е. возможности ее сжатия и расширения.

3. Открытие реликтового (фонового) излучения существенно утвердило позиции модели «Большого взрыва» или «Великого космологического треска». Это излучение свидетельствует о существовании во Вселенной в далеком прошлом некоего

сверхгорячего и сверхплотного состояния в чрезвычайно малом объеме.

4. Модели «Инфляционной Вселенной» ввели особую стадию в эволюцию Вселенной, назвав ее инфляционной, которая ведет к существенному увеличению объема Вселенной за относительно короткое время. Расширение и разогревание идет из

однородной конфигурации инфлатонного поля без образования черных дыр.

5. Модель «Самосогласованной космологии» объясняет высокую температуру реликтового излучения существованием черных мини-дыр в квантовом вакууме, распад

которых ведет к необратимому процессу рождения час-

тиц с положительной и отрицательной энергией. Последующий этап превращения частиц с положительной и отрицательной энергией ведет к асимметрии в пользу частиц

с положительной энергией. В результате получается модель «Открытой Вселенной», в которой преобладают обычные частицы, а не их античастицы.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ И СЕМИНАРОВ

1. Модель «Большого взрыва».

2. Астрономические исследования Э. Хаббла и их роль в развитии современной космологии.

3. Реликтовое, фоновое излучение.

4. Модель «Инфляционной Вселенной».

5. Модель «Самосогласованной космологии».