Происхождение Вселенной, Солнечной системы и Земли
Мир глазами современной науки
Владимир Воронцов
© Владимир Воронцов, 2017
ISBN 978-5-4483-8559-9
Создано в интеллектуальной издательской системе Ridero
ВВЕДЕНИЕ
Сегодня, наверное, вы не встретите человека, который бы не слышал о теории Большого взрыва. Именно с него, как утверждают учёные, берёт начало наша Вселенная. Однако мало кто знает, что в последнее время она была подвергнута серьёзному пересмотру. Современная наука накопила достаточно много фактов, заставляющих изменить первоначальную интерпретацию этой теории. Как выглядит теория Большого взрыва в настоящее время? С какими проблемами сталкиваются физики и космологи при её разработке и проверке? Каковы перспективы найти окончательный ответ на вопрос возникновения Вселенной? Как обстоят дела в решении вопросов происхождения Солнечной системы и нашей Земли? Именно этому и посвящена данная книга. В ней мы постарались простым и доступным языком рассказать о положении дел в области космогонии, о некогда популярных и современных теориях происхождения Вселенной, Солнечной системы и Земли. Попытались дать им объективную оценку исходя из самых последних научных открытий. Книга содержит большое количество цитат известных и авторитетных учёных в области астрофизики и космологии, их комментарии и суждения по тем или иным вопросам мироустройства, а также множество справочной информации, разъясняет сложные определения и понятия.
Издание будет полезно преподавателям и учащимся средних и высших учебных заведений, а также всем тем, кто интересуется вопросами мироздания.
Данное издание представляет собой сокращённый вариант книги, размещённой на научно-образовательном портале «Мир глазами современной науки» biolar.ru
СОДЕРЖАНИЕ:
ВВЕДЕНИЕ
1. ТЕОРИИ ПРОИСХОЖДЕНИЯ ВСЕЛЕННОЙ
ИСААК НЬЮТОН: ЧТО УПРАВЛЯЕТ МИРОЗДАНИЕМ
1.1 Астрономические свидетельства расширения Вселенной
1.2 Стандартная модель происхождения Вселенной (теория Большого взрыва)
1.2.1 Модель «горячего» начала Вселенной
1.2.2 Модель «холодного» начала Вселенной
2. АНАЛИЗ ТЕОРИЙ ПРОИСХОЖДЕНИЯ ВСЕЛЕННОЙ
2.1 Вселенная из «ничего». Инфляционная модель Большого взрыва
2.2 Парадоксы инфляционной модели Большого взрыва
2.2.1 Сколько энергии в вакууме?
2.2.2 Из чего состоит «ничего»?
2.2.3 Идеальная скорость расширения
2.2.4 Идеальная картина расширения
СТИВЕН ХОКИНГ: НА КАКОЙ ВОПРОС НЕ СМОЖЕТ ОТВЕТИТЬ НАУКА
2.2.5 Неоднородности в однородном расширении
2.2.6 Второй закон термодинамики
2.2.7 Загадочная асимметрия
2.3 Сколько Вселенных во Вселенной?
2.3.1 Хаотическая инфляция
2.4 Уйти от сингулярности
2.5 Назад к стационарной Вселенной
2.6 Пульсирующая Вселенная
2.7 Появление «тёмных персонажей»
2.7.1 Тёмная энергия
2.7.2 Тёмная материя
ЧТО СВИДЕТЕЛЬСТВУЕТ О СУЩЕСТВОВАНИИ ТЁМНОЙ МАТЕРИИ
2.8 Можно ли обогнать свет?
КАК УЧЁНЫЕ ОПРЕДЕЛЯЮТ РАССТОЯНИЕ ДО ГАЛАКТИК И СКОРОСТИ ИХ УДАЛЕНИЯ
2.9 Новая теория Большого взрыва
2.9.1 Парадокс новой теории Большого взрыва
3 ТЕОРИИ ПРОИСХОЖДЕНИЯ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ И ЗЕМЛИ
3.1 Первая эволюционная модель происхождения Солнечной системы – модель Ж. Бюффона
3.2 Модель И. Канта
3.3 Модель П. Лапласа
3.4 Современные небулярные гипотезы
КАНТ И ЛАПЛАС: ДВА ВЗГЛЯДА НА МИРОЗДАНИЕ
4. АНАЛИЗ ТЕОРИЙ ПРОИСХОЖДЕНИЯ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ И ЗЕМЛИ
4.1 Небулярные гипотезы
4.1.1 Разность состава планет и их спутников
4.1.2 Разнонаправленный характер вращения
4.1.3 Момент количества движения
4.1.4 Закономерности планетных расстояний
4.1.5 Распределение массы вещества планетных систем
4.1.6 Орбитальный наклон планет
4.1.7 Исключительный состав Земли
4.2 Катастрофические гипотезы
4.3 Гипотезы захвата
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Открытое письмо научному сообществу («An Open Letter to the Scientific Community»)
Антропный космологический принцип и творческий замысел
ПОСЛЕСЛОВИЕ
Список использованных источников
1. Теории происхождения вселенной
Несмотря на большой познавательный интерес, вопрос происхождения Вселенной стал объектом пристального научного исследования только в ХХ в. Начиная со времён Аристотеля считалось, что Вселенная является статичной, однородной и бесконечной в пространстве и времени. Она существовала и будет существовать всегда. Некоторые философы полагали, что Вселенная существует независимо от Бога, Он её не творил, а лишь установил в ней порядок. В статичную и бесконечную Вселенную верили Декарт, Кант, Галилей, Ньютон. Интересно, что Ньютон обосновывал свою точку зрения, ссылаясь на им же открытый закон гравитации. Закон гравитации говорит, что все тела притягиваются друг к другу, следовательно, невозможно, чтобы звёзды во Вселенной оставались на месте: они должны стягиваться (коллапсировать) в одну точку. Но Ньютон рассуждал так: если бы Вселенная коллапсировала под действием собственной гравитации, каждая звезда «падала» бы в направлении центра скопления звёзд. Если же исходить из того, что Вселенная бесконечна и звёзды распределены в среднем равномерно по бесконечному пространству, то общего центра, по направлению к которому могли бы падать все звёзды, не должно быть вообще, ведь в бесконечной Вселенной все области идентичны. Любая звезда испытывала бы воздействие гравитационного притяжения всех своих соседей, но вследствие усреднения этих воздействий по различным направлениям не возникло бы никакой результирующей силы, стремящейся переместить данную звезду в определённое положение относительно всей совокупности звёзд. Такие рассуждения казались вполне логичными, и теория статичной Вселенной долгое время пользовалась заслуженным признанием (Девис, 1989; Хокинг, 2006а)1.
В 1916 г. немецкий физик Альберт Эйнштейн (1879—1955), разрабатывая теорию относительности, увидел, что модель статичной Вселенной Ньютона не соответствует законам физического мира. Уравнение общей теории относительности указывало на то, что Вселенная не может быть статичной: гравитационные силы непременно должны были бы приводить её в движение. Эйнштейн, однако, не решился опровергнуть устоявшееся мнение (о неподвижности Вселенной), поскольку не был до конца уверен в безошибочности своих выводов. Для того чтобы сохранить в своей формуле статичность Вселенной, он ввёл дополнительный член (так называемый λ-член), который и «обеспечил» Вселенной стабильность. Эйнштейн считал, что наряду с гравитационным притяжением в природе существует и отталкивание, которое компенсирует притяжение. С помощью несложных расчётов Эйнштейн оценил величину силы космического отталкивания, необходимую, чтобы уравновесить гравитацию во Вселенной, и показал, что отталкивание должно быть столь малым в пределах Солнечной системы (и даже в масштабах Галактики), что его невозможно обнаружить экспериментально. Наличие силы отталкивания делало возможным существование статичной Вселенной, которая не обязательно должна быть бесконечной, как у Ньютона, а могла быть конечной и замкнутой, каковой она и стала у Эйнштейна.
Разумеется, постулирование силы гравитационного отталкивания «на пустом месте» не могло не вызвать замечаний со стороны других учёных. Одним из первых, кто выступил с критикой эйнштейновской модели Вселенной, был российский физик и математик Александр Фридман2 (1888—1925). Он доказал, что первоначальное решение Эйнштейна не было ошибочным: Вселенная действительно должна пребывать в движении, т.е. либо расширяться, либо сжиматься. Что происходит в реальности, должны показать наблюдения. Фридман в качестве примера рассмотрел две модели Вселенной: расширяющуюся и чередующую периоды сжатия и расширения (пульсирующая Вселенная). Но самое интересное: какую бы модель мы ни принимали, из неё неизбежно вытекало, что когда-то Вселенная была сжатой до невообразимо высокой плотности. «Возможны случаи, когда Вселенная сжимается в точку (в ничто), затем снова из точки доводит свой радиус до некоторого значения…» – писал А. Фридман (Фридман, 1966).
Впрочем, все эти рассуждения о расширяющейся Вселенной воспринимались поначалу скептически. С их критикой выступил и сам Эйнштейн. Астрономы не соглашались считать подобные теории описанием реального мира до тех пор, пока они не будут подтверждены наблюдениями (Ксанфомалити, 2005; Левин, 2007).
1.1 Астрономические свидетельства расширения Вселенной
Ещё в 1912 г. астроном В. Слайфер из Флагстафской обсерватории (Аризона, США), наблюдая спектры некоторых туманностей, обнаружил, что их оптические линии сильно смещены в красную сторону, т.е. в сторону длинных волн. Слайфер продолжал свои наблюдения много лет. Затем к нему присоединился астроном Эдвин Хаббл (1889—1953): в его распоряжении был самый большой тогда 2,5-метровый телескоп обсерватории «Маунт-Вилсон» (Калифорния, США). В 1929 г. Хаббл пришёл к выводу, что красное смещение обусловлено эффектом Доплера3 и является следствием взаимного удаления галактик.
