Знание-сила, 2002 № 12 (906) - страница 23
Физики не зря не любят бесконечностей. Везде, где появляются бесконечности. появляются трудности: формулы теряют смысл, законы неприменимы, пространственно-временные описания невозможны. В данном случае затруднения имеют принципиальный характер. Согласно теории тяготения Эйнштейна, взрыв, в результате которого Вселенная родилась. произошел в точке, в которой была сконцентрирована вся масса будущей Вселенной, иными словами – во «вселенской сингулярности». В самое последнее время некоторые физики, пытаясь избегнуть этой трудности, предложили принципиально иной сценарий рождения Вселенной – без всякой сингулярности и Биг Бэнга, «просто» в результате периодических соударений нашего пространства-времени с параллельным ему.
Ситуация усугубляется тем, что, по некоторым теориям, наша Вселенная при наличии в ней достаточной массы должна пройти в будущем период наибольшего расширения и начать сжиматься под действием взаимного притяжения собственных масс. Этот процесс должен закончиться так называемым Большим Хрустом («Биг Кранч»), то есть коллапсом сжимающейся Вселенной в такую же сингулярность, из которой она когда-то родилась. Правда, некоторые физики считают, что такое сжатие, если оно наступит, не будет вполне симметрично расширению, но это уже частности – главное, что конечная сингулярность тоже будет границей, за которой пространство и время исчезнут. Как- то нехорошо это выглядит: материя с ее пространством и временем, рождающаяся «из ничего» и обращающаяся «в ничто». Нельзя ли все-таки обойтись без сингулярностей, но сохранить Биг Бэнг и все такое прочее? Иначе ведь придется и теорию тяготения отбросить…
Тан ученые представляли атомарную природу материи.
1. Левкипп, Демокрит (300г. до н. э.);
2. Томсон (1900 г.);
3. Резерфорд (1910 г.);
4. Бор, Зоммерфельд (1920 г.);
5. Гейзенберг, Шредингер (1926 г.);
6. В 1982 году с помощью растрового туннельного микроскопа удалось впервые увидеть атомы
Растровый туннельный микроскоп позволил заглянуть в микромир. Слева: атомы натрия и йода на медной подложке. Справа: «стена» из атомов железа на медной подложке
В поисках выхода из этого затруднительного положения некоторые физики обратили внимание на противоречие, таящееся в изложенных выше рассуждениях. Речь идет об очень малых пространственных масштабах, а выводы делаются на основании «обычной» физики Ньютона – Эйнштейна. Между тем еще в начале XX века было открыто, что на малых расстояниях обычная физика уже не действует – здесь царят законы квантовой механики.
Не может ли быть, что пространство и время, как заряды, магнитные моменты и так далее, тоже квантованы, что существует какая-то наименьшая, уже неделимая дальше клеточка пространства (минимальное расстояние в природе) и какой-то наименьший, далее неделимый отрезок времени? Если бы дело обстояло так, то никакой коллапсар – ни самая тяжелая звезда, ни сама Вселенная – не мог бы схлопнуться в точку. Самое большее, они бы коллапсировали до размеров этого «кванта пространства». И тогда в центре черной дыры (или же в начале Биг Бэнга и в конце Биг Кранча) фигурировала бы не сингулярность с ее неприятными бесконечностями, а хотя и крохотный, но все же конечных размеров комочек вещества.
Исходя из некоторых предположений и расчетов, физики оценили, что наименьшая (далее неделимая) длина, если такая существует, должна составлять КГ» сантиметра. Этот «квант расстояния» получил название «планковской длины». В поперечнике атома умещается почти миллиард миллиардов миллиардов таких длин. Этим, в частности, объясняется, почему квантованность пространства, даже если она существует, не может быть замечена в масштабах макромира.
На диаграмме представлены различные модели Вселенной:
1. Классическая модель Большого Взрыва;
2. Модель «Вселенной- феникса» (согласно ей. Вселенная периодически гибнет и вновь возрождается);
3. Модель Большего Скачка (Биг Баунс);
4. Модель предпространства-времени;
5. Модель Хокинга
Еще несколько планов сотворения Вселенной:
6. Модель вечно расширяющейся («открытой») Вселенной Хокинга-Турока;
7. Модель рождения Вселенной на основе квантово- туннельного эффекта;
