Проблема эволюции Вселенной

А. Гус и П. Стейнхардт видят достоинство этой модели в том, что в ней начальные условия эволюции Вселенной имеют скорее философский, чем физический характер, ибо «очень сложно выявить какие-либо наблюдательные результаты влияния условий, предшествующих фазе раздувания». Фактически при любых начальных условиях Вселенная эволюционирует как раз в то состояние, которое описывается затем стандартной

моделью. Это позволяет предположить, что Вселенная возникла из ничего.

В настоящее время нет достаточных оснований полагать, что вся Вселенная в целом родилась примерно 1010 лет назад в сингулярном состоянии, до которого классического пространства-времени не было вообще. Инфляция могла начинаться и кончаться в разное время в различных областях Вселенной. Сейчас в рамках квантовой космологии обсуждается вопрос о возможности существования множества миров с характерными для каждого мира фундаментальными физическими параметрами. В пользу такой гипотезы существует ряд аргументов (наличие космологических квазисингулярностей со сверхплотным состоянием материи, выводы инфляционной модели эволюции Вселенной, интерпретация квантовой механики в духе Эверетта-Де Витта и т.д.). Этот ансамбль миров, допустимых физическими законами, может возникать из единого мирового вакуума без затраты энергии, так как полная энергия Вселенной (и, видимо, любого другого мира) равна нулю (масса вещества внутри Вселенной полностью уравновешивается отрицательной энергией связи этой массы). Поэтому число возможных миров определяется не энергией вакуума, а соответствующим набором физических параметров, дающим возможность возникшим мирам право на длительное самостоятельное существование.

Другое возможное уточнение стандартной космологической модели эволюции Вселенной связано с теорией супергравитации, в частности, с обобщением модели Калуцы-Клейна, согласно которой на ранних стадиях эволюции Вселенной пространство-время имело 11 равноправных измерений. Компактификацию семи измерений можно связать с инфляцией и считать движущую силу инфляции побочным продуктом взаимодействий, проявляющихся через дополнительные измерения пространства. Значит многомерное пространство-время было характерно для вакуума на инфляционной стадии его развития. На доинфляционных стадиях пространственно-временные характеристики вакуума не будут концептуальными, т.е. можно говорить о метрической самоорганизации вакуума.

С точки зрения суперструнной теории, сразу после Большого взрыва все 10 измерений пространства-времени должны быть свернуты. При последующем расширении Вселенной 4 измерения увеличились, 6 измерений пространства остались компактифицированными. Следует отметить, что замкнутость мира по всем измерениям является нормальным свойством мира, а размыкание по четырем классическим размерностям является примечательной их особенностью.

Теперь можно уточнить начальные вехи эволюции Вселенной:

1а. Неметрический вакуум (эволюционирующий до метрического 10-мерного вакуума).

2а. Рождение квантованного 10-мерного струнного поля (эволюционирующего до метрически неустойчивого струнного поля).

3а. Появление неустойчивого метрического поля (эволюционирующего до 4-мерного поля).

4а. Рождение классического гравитационного поля.

5а. Появление предельного случая классического гравитационного поля плоского 4-мерного метрического поля.

Метрика пространства-времени возникла сразу после Большого взрыва. Процессы становления устойчивых 10- и 4-мерных метрик связаны с появлением соответственно квантованного струнного и классического гравитационного полей и являются важными для концептуального описания пространства-времени.

Следует обратить внимание, что процессы самоорганизации имеют прямое отношение к процессам нарушения симметрии. Все развитие Вселенной, от ее рождения до современного состояния, есть последовательность нарушений симметрий, ведущая к появлению все большего многообразия природных структур из первоначальной единой целостной высокосимметричной структуры первоматерии. Сказанное можно распространить и на возникновение жизни, различных существ, языков, культур, искусств, религий и т.д. Всякий раз, когда нарушалась симметрия (спонтанно или неспонтанно), появлялось нечто новое. Можно сказать, что все существующее сейчас есть результат нарушения симметрии.

При изучении физикой все меньших и меньших пространственных масштабов открываются закономерности, которые переносятся на соответствующие этапы эволюции Вселенной. Например, при энергиях 102 ГэВ слабые и электромагнитные взаимодействия объединяются, такое же единство мы находим до 10-10 с после Большого взрыва; при энергиях 1015 ГэВ сильные и электрослабые взаимодействия неразличимы, такую же неразличимость находим до 10-35 с после Большого взрыва и т.д. Поэтому мы обнаруживаем единство физического мира с одной стороны и возникновение многообразия физических объектов (и их взаимодействий) в процессе самоорганизации Вселенной с другой стороны. Это является естественнонаучным выражением философской мысли о связи принципа развития с принципом единства мира. Самоорганизация связана с единством, ибо приводит к качественно новым состояниям на основе предшествующих состояний. Но она связана и с нивелированием единства, ибо сам факт самоорганизации отрицает предшествующие состояния. Самоорганизация возможна только в противоречивой системе, наличие же противоречий нарушает единство. Поэтому и сам процесс самоорганизации противоречив: подчеркивая единство мира, самоорганизация в то же время разрушает это единство, давая качественное разнообразие в нем. Единство и многообразие являются двумя сторонами единого процесса самоорганизации.

Современные представления о возникновении Вселенной связаны с идеей спонтанного квантового рождения ее из ничего. Эта идея родилась в силу того, что полный электрический заряд, полный момент, полная энергия (гравитационная и негравитационная) наблюдаемой Вселенной примерно равны нулю. Полный импульс зависит от движения наблюдателя, потому его абсолютная величина не может быть установлена, закона же сохранения барионного заряда не существует. Квантовое рождение Вселенной стало обсуждаться с 1973 г., когда появилась статья Е.П. Трайона. Согласно Трайону, мир вначале представлял собой пустое плоское пространство-время (с нулевой энергией), в котором осуществлялось соотношение неопределенностей для энергии и времени, что гарантировало беспричинное появление (а затем исчезновение) энергии в малых интервалах времени. Квантовые флуктуации такого рода мирового вакуума, кооперируясь, породили, в конце концов, условия, необходимые для рождения нашей Вселенной. Поскольку для произвольной геометрии пространства-времени понятие энергии не определено, то эта модель подверглась переосмыслению. Были предложены другие модели рождения Вселенной. Например, полагалось, что Вселенная возникла как некоторая локальная квантовая флуктуация метрики, причина которой, однако, не указывалась, была предложена несингулярная модель, согласно которой Вселенная родилась путем квантовомеханического туннельного эффекта из классического пространства-времени с метрикой Робертсона-Уокера. Большой взрыв интерпретировался в виде радиоактивного распада, происходящего в огромных масштабах.

 Скачать реферат