Розділ 4. СУЧАСНА АСТРОФІЗИКА ТА КОСМОЛОГІЯ

Маючи ряд незаперечних достоїнств, теорія гарячого Всесвіту, проте, з деяких поглядів є недостатньо задовільною. Так, зокрема, вона не дає відповіді на питання: чому доступна для спостережень частина Всесвіту однорідна; звідки в цьому однорідному світі з'явилися первинні неоднорідності, необхідні для утворення галактик; чому різні ділянки Всесвіту, що сформувалися незалежно одна від однієї, у наш час мають практично однаковий вигляд.

Нині особливої популярності набули теорія Калуци-Клейна і теорія суперструктур, згідно з якими простір-час Всесвіту спочатку мав розмірність d > 4, але в деяких напрямках простір нібито стиснувся в тонку трубку. Тому макроскопічні тіла не можуть рухатися в цих напрямках і простір-час видається чотиривимірним. Від того, скількох змін зазнало стиснення і як саме воно відбулося, залежить і ефективна розмірність простору Всесвіту та властивості елементарних частинок у ньому.

До нього часу не встановлено, чому простір-час є чотиривимірним і чому фізичні взаємодії поділяються на слабкі, сильні та електромагнітні.

4.1.10 Інфляційна модель

4.1.11 Народження Всесвіту

За теорією Великого Вибуху, від появи проторечовини до утворення ядер водню й гелію пройшло не набагато більше трьох секунд. На цьому часовому проміжку стрімко перетворювалися вакуум і речовина, а етапи перетворення визначалися процесами розширення й остигання згустка.

Ранній період розвитку Всесвіту завершується лептонно-фотонною ерою. Утворюються баріони і антибаріони, які анігілюють, залишаючи по собі фотони й вивільнену енергію.

Протягом першої секунди температура знизилася до 10 млрд. градусів. Цього виявилося досить для відділення від газової суміші нейтрино й антинейтрино. До 14-ої секунди температура знизилася до 3 млрд. градусів і при цьому виникли умови для сполучення й анігіляції електронів і позитронів. При цьому електронів було дещо більше, ніж позитронів. їх надлишок і сумарний негативний заряд компенсував сумарний позитивний заряд протонів, які з'явилися раніше. У протони перетворювалися й вільні нейтрони.

Через 3 хвилини після "початку" температура знизилася до мільярда градусів. На цьому завершилося формування раннього Всесвіту.

Відповідно до дуалізму хвильових і корпускулярних властивостей коливання полів повинні породжувати частинки. Тут ми зіштовхуємося ще з одним парадоксом мікросвіту. Квантові ефекти можуть на короткий час призупиняти чинність закону збереження енергії. Протягом цього проміжку часу енергія може бути "взятою в борг" на різні цілі, у тому числі і на народження частинок. Зрозуміло, усі виниклі при цьому частинки мають дуже короткий період існування, тому що витрачена на них енергія повинна бути повернута через незначну частку секунди. Проте частинки можуть фактично виникнути з нічого, проіснувавши мізерний проміжок часу, перш ніж знову зникнути.

Таким чином, "несправжній" вакуум заповнений віртуальними частинками. Він мертвий і безликий, але наповнений енергією.

Сучасні теорії припускають, що енергія вакууму виявляється аж ніяк не однозначно. Вакуум може бути збудженим і перебувати в одному з багатьох станів, які надзвичайно сильно відрізняються рівнями енергії, причому відмінності між найнижчою і найвищою енергіями неймовірно великі.

Очевидно, вакуум відіграє роль базової форми матерії. На найбільш ранній фазі еволюції Всесвіту саме він відіграє визначальну роль. Екстремальні умови "початку", коли навіть простір-час були деформованими, припускають, що і вакуум перебував в особливому стані, який називають "несправжнім" вакуумом. Він мав енергію гранично високої щільності, якій відповідала гранично висока густина речовини. У цьому стані в речовині можуть виникати найсильніші напруги й негативний тиск, рівносильний гравітаційному відштовхуванню такої величини, що й могло спричинити невтримне й стрімке розширення Всесвіту — Великий Вибух.

До кінця фази інфляції Всесвіт був холодним і порожнім Але по закінченні цієї фази він став надзвичайно гарячим. Цей сплеск теплоти зумовлений величезними запасами енергії, що містилася в "несправжньому" вакуумі. Коли цей стан вичерпав себе, його енергія вивільнилася у вигляді випромінювання, яке миттєво нагріло Всесвіт до 1027 К. Припускають, що із цього моменту Всесвіт розвивався відповідно до теорії гарячого Великого Вибуху.

4.1.12 Варіанти майбутнього Всесвіту

У залежності від того, яка модель Всесвіту реалізується, варіанти нашого дуже віддаленого майбутнього можуть бути різними.

Якщо Всесвіт закритий, то теоретична можливість нової сингулярності в майбутньому послужила підставою для припущення про те, що початкова сингулярність, з якої почалося космічне розширення, була в той же час і заключною подією в колишньому "циклі життя" Всесвіту. І все його існування — це чергування циклів розширення й стиснення. Таку гіпотезу розвиває академік М. О. Марков. На його думку, Всесвіт здатний пройти через сингулярність при стисненні й народитися знову. Народившись, він починає розширюватися, а пройшовши максимум розширення, починає стискатися, досягає нової сингулярності, проходить через неї і т.д. Майбутнє такого осцилюючого, або пульсуючого, Всесвіту вимірюється необмеженою, нескінченною кількістю космічних життєвих циклів. Необмежене й нескінченне також і минуле такого Всесвіту. Період циклу різними вченими оцінюється по-різному: від 60 млрд. до 1000 млрд. років. При переході через сингулярність можуть змінюватися деякі фундаментальні фізичні константи.

Теоретично можливим є Й інший варіант пульсуючого Всесвіту: він допускає послідовне збільшення амплітуди осциляцій від циклу до циклу.

4.1.13 Деякі труднощі гіпотези розширного Всесвіту

4.1.14 Проблема позаземних цивілізацій