Проблема эволюции Вселенной
Человек еще только через 10-15 лет достигнет Марса, и чтобы выйти за пределы Солнечной системы и осваивать нашу галактику человечеству понадобятся еще тысячелетия.
Самоорганизация пространства-времени в процессе эволюции Вселенной
Возникновение и развитие объектов нашей Вселенной связано с ее эволюцией как целого. Когда это было осознано, познание Вселенной пошло в
двух направлениях: а) обобщение уже разработанных теорий на все более и более глубокие уровни ее организации; б) их космологического применения.
Но отдельные объекты обнаруживают самоорганизующие свойства, которые в первом приближении могут служить моделью самоорганизационных процессов и во Вселенной в целом. Изучение процессов самоорганизации в неорганической природе показало, что для возникновения организованной системы из низкоорганизованной требуется привести последнюю в сильно возбужденное состояние, весьма далекое от равновесия, после чего некоторые флуктуации, существующие в системе, резко усиливаются и система переходит в новое, организованное состояние. Возникновение процессов самоорганизации связано с особенностями поведения флуктуаций. Объясняется это тем, что в самоорганизующейся системе обязательно возникают те или иные неустойчивости, в результате которых происходит усиление некоторых возмущений, в том числе и внутренних флуктуаций. Эта схема процессов самоорганизации отдельных систем применима и к процессам самоорганизации на ранних стадиях эволюции Вселенной.
Для возникновения процесса самоорганизации необходимы некоторые условия, одним из которых является нестабильность системы, наличие в ней флуктуаций. Стабильная система не допускает (в определенных пределах) своей дестабилизации, несмотря на внешние воздействия; но как вызвать дестабилизацию системы? Может ли система сама по себе прийти в сильно неравновесное состояние? Опыт (в соответствии с законом возрастания энтропии) показывает, что для вывода из равновесия необходимы внешние воздействия. Поэтому если акт самоорганизации есть внутренний процесс, то для его подготовки необходимы внешние дестабилизирующие факторы, переводящие систему в сильно возбужденное состояние. Значит процесс самоорганизации в целом (дестабилизация + скачок к организации), рассматриваемый относительно какого-либо фрагмента Вселенной, включает в себя единство внешнего и внутреннего.
Но если рассмотреть такую систему, как природа в целом (множество миров), для которой нет ничего внешнего, то возможно ли в данном случае говорить о процессе ее самоорганизации. На наш взгляд о самоорганизации природы в целом можно говорить лишь в смысле наличия самоорганизации в ее отдельных подсистемах, находящихся во взаимодействии с другими ее подсистемами. Дестабилизация в системах может происходить как за счет внутренних противоречий в них, так и за счет внешних противоречий системы с другими системами, вступающими с ней в контакт. Поэтому ответ на вопрос об источниках самоорганизации будет таков: если система целостна (замкнута), то самоорганизация в ней может возникнуть только за счет внутренних противоречий, если же она открыта, то, кроме того, вносят свой вклад и внешние противоречия. Наша Вселенная может быть одним из элементов множества миров, потому, говоря о ее рождении в процессе самоорганизации, следует иметь в виду возможные внешние дестабилизирующие факторы.
1. Процессы самоорганизации в ранней Вселенной
Современные представления об эволюции Вселенной основываются на стандартной космологической модели Большого взрыва, которая подтверждается наблюдаемым в настоящую эпоху расширением нашей Вселенной, открытием реликтового микроволнового излучения и т.д. Согласно этой модели, вначале существовала некая └первоматерия■ с исключительно высокой степенью симметрии, эволюция которой привела к Большому взрыву. Где-то около планковского времени образовались сначала суперструнный вакуум, а затем суперструны.
Новый этап эволюции Вселенной связан с возникновением элементарных частиц, как колебательных мод суперструн, которые вышли на сцену с уменьшением планковской температуры. Энергия, заключенная в суперструнном вакууме, трасформировалась в энергию натяжения струн и далее в энергию возникающих частиц.
Вначале вещество Вселенной должно было находиться в тепловом равновесии с высокоэнергетическими фотонами. Через 109 с после рождения Вселенной (можно считать, после Большого взрыва), когда характерная температура понизилась до 103 К, вещество и излучение разделились (в это время возникло космическое фоновое излучение) и в дальнейшем их охлаждение происходило независимо.
Последующая эволюция Вселенной представляется следующим образом. К 1010 с образовались Солнце и звезды. Около 1017 с возникла жизнь, которая будет продолжаться в известных формах до 1022 с, затем Солнце потухнет и цивилизация на Земле погибнет. В настоящее время Вселенная состоит из звезд, объединенных в галактики, и других объектов (квазаров, нейтронных звезд, черных дыр и т.д.). Она расширяется так, как будто части ее продолжают разлетаться после Большого взрыва. Будет ли это расширение продолжаться вечно или же оно сменится сжатием, которое приведет Вселенную к ее первоначальному состоянию, зависит от плотности вещества в ней: если она превышает критическую (10-29 г/см3), то Вселенная должна коллапсировать (закрытая модель Вселенной), если же она меньше критической, то расширение будет продолжаться (открытая модель Вселенной). По мере расширения все вещество во Вселенной будет распадаться (распад протона, предсказываемый теорией Великого объединения, происходит через 1038 с (после Большого взрыва), в конце концов останутся лишь стабильные частицы (некоторые лептоны и фотоны).
Описанная модель позволяет выделить ряд процессов самоорганизации и деградации:
1. Исходный вакуум.
2. Возникновение суперструн.
3. Рождение частиц.
4. Разделение вещества и излучения.
5. Рождение Солнца, звезд, галактик.
6. Возникновение цивилизации.
7. Гибель Солнца.
8. Гибель Вселенной.
Согласно стандартной модели, исходным состоянием Вселенной было квантовое вакуумное состояние. Это важное основоположение космологии, свидетельствует о качественной неуничтожимости материи и движения. Образованию суперструн предшествовало возникновение стабильной метрики пространства-времени суперструнного вакуума. Важнейшим этапом самоорганизации Вселенной являлось рождение частиц, а затем нарушение суперсимметрии, после чего стала возможной идентификация фермионов и бозонов и, тем самым, разделение вещества и сил. Отделение изучения от вещества позволило ему стать связующим звеном меду вещественными объектами. С возникновением Солнца, звезд и галактик появились базовые объекты для отсчета движений макротел.
Стандартная космологическая модель охватывает основные этапы в эволюции Вселенной, однако она не отвечает на вопрос о причине Большого взрыва (космического отталкивания). В настоящее время предложена новая, инфляционная модель начального этапа (10-42 — 10-32 с от рождения Вселенной) эволюции Вселенной, согласно которой в указанном интервале времени Вселенная находилась в неустойчивом состоянии, называемом ложным вакуумом, имела нулевую энергию и обладала аномально большой (для истинного вакуума) плотностью (1077 г/см3). Существенным свойством ложного вакуума является наличие в нем отрицательного давления, создающего силу отталкивания, которая ведет к экспоненциальному расширению Вселенной (ее диаметр увеличился в 1050 раз), сопровождающемуся колоссальным возрастанием (до 1068 Дж) энергии и переходом в состояние истинного вакуума. Распад ложного вакуума привел к тому, что после периода колоссального расширения сформировалась наконец фаза с нарушенной симметрией. Это привело к выделению плотности энергии ложного вакуума и как следствие к рождению огромного количества частиц. Область подверглась повторному разогреву до температуры около 1027 К. Начиная с этого момента область, остывает и расширяется в соответствии со стандартной моделью Большого Взрыва. Спонтанное возникновение энергии в результате физических процессов еще недавно считалось неприемлемым, не говоря уже о том, что традиционное мышление привыкло к тому, что из ничего ничего не возникает.
Скачать реферат