НАША НЕ СОВСЕМ УДАЧНАЯ ВСЕЛЕННАЯ

Когда-то в плоском материализме все было просто – Вселенная существовала всегда. Вот вечно – и все тут. Одни звезды разрушались, вместо них возникали такие же — и безмятежно сияли. Такая тогда была вполне научная картина мира.

Да, к началу 20 века сложилась вполне благостная астрономическая картина мира. Вселенная состоит из множества звезд. Правда, почему они светят – в то время еще было неизвестно. Может быть, за счет энергии сжатия своей массы. Вселенная бесконечна в пространстве и вечна во времени. Они звезды угасают, другие возникают за счет гравитации из межзвездной пыли и атомов. Эту схемы описал еще Кант за 150 лет до 20 века.

В целом в физической картине мира тоже все было как бы благополучно – царила классическая механика Ньютона, а в электромагнитной реальности – теория Максвелла. Все же кое-что беспокоило: в конце XIX века в естественнонаучной картине мира появились два «тёмных пятна»: излучение абсолютно чёрного тела и проблема эфирного ветра (необъяснимый результат опытов Майкельсона–Морли) — оба противоречили классической физике и стали предвестниками крупных научных революций. Классические формулы показывали, что вся тепловая энергия абсолютно чёрного тела должна была бы переходить в область высоких частот, делая полную энергию излучения бесконечной, что противоречит законам сохранения энергии и экспериментальным данным. Это привело к возникновению квантовой гипотезы Макса Планка, что положило начало квантовой механике.

Опыты по поиску эфира — гипотетической среды для распространения света — (измеряли скорость света по ходу движения Земли и перпендикулярно ходу) не подтвердили существование эфира, что не укладывалось в классическую модель мира. Другими словами, скорость света оказалась одинаковой – что по ходу движении Земли, что поперек, она не складывалась со скоростью Земли. Вообще то в уравнениях Максвелла была константа – скорость света С и она там была именно константой, то есть постоянной величиной. Это казалось странным и хотелось проверить – а вдруг скорость света будет разной и тогда мы, тем самым, откроем эфир. Тогда эфира не оказалось и это подготовило почву для появления специальной теории относительности Альберта Эйнштейна.

По закону отрицания отрицаний скажу, что теперь как бы эфир открыт. То есть, имеется абсолютная система отсчета и ее роль выполняет изотропное реликтовое излучение (после длительного падения в результате расширения Вселенной сейчас его температура составляет 2,725 К.), оставшееся от Большого взрыва, так что мы можем определить абсолютную скорость движения нашей местной группы галактик, включающей Млечный Путь (а значит, и наше Солнце). Эта группа движется относительно реликтового фона со скоростью 627 плюс-минус 22 км/с. в направлении к созвездию Гидры. Странным образом этот сдвиг в парадигме не вызвал особого волнения.

Однако появление Специальной теории относительности СТО, а потом и Общей теории относительности (ОТО) поначалу никак не повлияли на космологию. Уточнили кое-что – звезды оказались собранными в системы, которые назвали галактиками. Появились догадки о природе звездной энергии – ядерные реакции слияния атомов водорода в ядра гелия (Бете). Но в целом Вселенная оставалась бесконечной и вечной.

Вроде бы простые слова – бесконечность и вечность. Но в физике этим понятиям нечего делать. Когда бесконечности появляется в расчетах (как это было, к примеру, с бесконечной энергией излучения абсолютно черного тела), то это для физики катастрофа. От бесконечности физика избавляется всеми силами. Бесконечность в физике – это предельный случай, обозначающий границы моделей или реальных систем.

Получение бесконечности в формулах сигнализирует о неполноте или проблеме модели. Например, сингулярности в черных дырах или Большом взрыве, где плотность по расчетам становится бесконечной, что говорит о том, что там наши теории, в том числе ОТО перестают работать и физика требует другой теории – в данном случае квантовой гравитации, которой все нет и нет.

Еще ранее в физике элементарных частиц обнаружили расходимости — это бесконечные значения масс элементарных частиц, возникающие при вычислениях с помощью квантовой теории поля. Для устранения используется искусственная процедура перенормировки — условно говоря, вычитание одной бесконечности из другой, так, чтобы физическая величина была конечной и совпадала с экспериментом.

В то же время в математике бесконечность есть и хорошо себя чувствует. Математика различает потенциальную бесконечность и актуальную бесконечность. Потенциальную бесконечность еще можно себе представить – это натуральный ряд чисел, который всегда можно увеличить, прибавив к сколь угодно большому числу единицу. Но вот представить актуальную бесконечность нельзя.

Тем не менее есть операции с бесконечностями разной мощности, введенные Кантором. Ныне математика оперирует с бесконечными множествами разных мощностей как с некими математическими объектами, складывает бесконечности, вычитает, умножает, возводит в степень и даже извлекает из них корни, хотя это и бессмысленно, ибо это извлечение корня дает все ту же мощность кардинального числа. То есть, извлекай, не извлекай – ничего не меняется.

Натуральный ряд чисел – это «самая маленькая» мощность – счетная бесконечность. Между цифрами один и два уже лежит бесконечность континуума из всех рациональных и иррациональных чисел. В отношении длины окружности к диаметру – числу Пи тоже содержится бесконечность континуума.

Станислав Лем поставил вопрос – как раз философский: человек – часть природы, и если человек в своем мышлении создал такие научные понятия, как бесконечность, которая есть чуть ли не главное в математике (ее нет только в конструктивной математике), то это тоже есть часть природы.

Видимо и в природе есть бесконечность. Почему? Как раз потому, что есть в математике. Это ведь открытие человеческого ума, а все что он измыслил по законам логики каким-то образом должно быть и в природе.

Вот спрашивается, чему в природе должно соответствовать понятие бесконечности. Ничему? Нет ее в природе и все тут. А между тем теория пределов говорит о том, что бесконечный сходящийся ряд вполне конечен. 1+1/2+1/4+1/8……= 2

Вот видите, целая бесконечность равна всего двум.

Вопрос: в природе есть окружность? Если есть, то вот там тоже есть бесконечность в виде числа Пи. А если нет, то зачем вообще эти понятия геометрии. Может это просто нелепые фантазии?

Или – вот сингулярность. В ней бесконечная плотность и радиус кривизны, равный нулю, и остановка времени, что тоже есть некий аналог бесконечности под названием вечность.

Если некто скажет, что бесконечности есть только в математике и все это не имеет отношения к природе, то он должен тогда логически завершить свою мысль признанием, что математика – это лженаука, и вся физика и космология, которые не существуют без математики – тоже лженауки.

Я уж не говорю о бесконечности в философии, начиная с апейрона Анаксимандра, и в теологии, где бесконечность – один из атрибутов Бога.

Если на то пошло, то сознание человека есть бесконечность.

Черная дыра, пусть керровская, с вращением и зарядом, но для простоты можно взять и без вращения. Какая у нее геометрия сферы Шваршильда? Это идеальный шар. Вроде бы гравитационные потенциалы на ее поверхности не должны допускать никаких отклонений от шара. То есть, что-то похожее на эквипотенциальную поверхность.

Если так, то ее проекция есть диск, а длина окружности этого диска будет иметь отношение к ее диаметру в точности равному Пи. И снова здесь проклятая бесконечность. И она существует в природе. Но все это какие-то как бы не настоящие бесконечности. Умозрительные, местные. Длина окружности, ее диаметр. Куча иррациональных чисел между единицей и двойкой. Не впечатляет. А настоящая – это бесконечная Вселенная в пространстве. И вечная во времени. Это величественно и грандиозно.

Именно такая картина мира была у Эйнштейна, когда он ввел в свои уравнения тяготения в ОТО некий коэффициент, обозначенный буквой лямбда. Впрочем, Эйнштейн полагал Вселенную конечной в пространстве, но все еще бесконечной во времени – вечной. В 1917 году Эйнштейн применил свои недавно полученные уравнения ОТО для описания пространства-времени Вселенной.

Для того, чтобы Вселенная получилась стационарной (Эйнштейн тогда так думал), чтобы звезды и туманности не слиплись в ком под действие гравитации, он как раз и ввел в уравнения так называемый параметр лямбда (она же – космологическая постоянная), что физически означало существование во Вселенной неких отталкивающих сил или, что то же самое, отрицательного давления.

Александр Фридман в 1922 году сделал расчеты этих уравнений без лямбда-члена и получил нестационарную Вселенную. При одних значениях средней плотности она сжималась, при других расширялась.

В 1931 году после опубликования наблюдений Эдвина Хаббла, доказавших расширение Вселенной, Эйнштейн отказался от космологической постоянной, поскольку она стала ненужной для объяснения нового типа динамики космоса. И назвал введение лямбда-члена, как он говорил Гамову, “величайшей ошибкой” своей жизни.

Прошли десятилетия и открыли уже ускоренное расширение Вселенной, или, что то же самое, открыли темную энергию, которая по своей массе составляет 74 процента всей Вселенной (Нобель двум группам космологов – Риса и Перлмутера за 2011 г). То есть, оказалось, что этот лямбда член – не ошибка, а величайшее прозрение Эйнштейна. Что эта «отталкивающая сила» нужна как раз для описания ускоренного расширения. Что нет никакой вечной Вселенной, и она имела не только начало – Большой взрыв (Big Bang) , но будет иметь и конец – Большой разрыв (Big Rip), когда темная энергия разорвет все макротела и потом даже все атомы и элементарные частицы на отдельные… на что? – Может быть на кварки. А что еще «потом»? Неизвестно, все это за пределами науки.

Любопытная вещь: в начале Вселенной, при Большом взрыве она состояла из кварк-глюонной плазмы при температуре в десятки триллионов градусов, и в конце – тоже из кварков, но почти при абсолютном ноле. Какая-то гегельянщина – движение по спирали и повторение чего-то прошлого на новом витке. Этот новый виток будет даже хуже начального – беспроветная темень и трупное окоченение без всякой надежды на оживление.

Посмотрим теперь, что такое вечность во времени. Время в физике (и в философии) определяется как чередование процессов, как соизмерение некоего периодического процесса со всякими прочими процессами. То есть, как число колебаний, условно говоря, маятника как периодического процесса, «протикавшего» пока шел какой-то другой процесс. Прошел этот другой процесс, мы смотрим на число колебаний маятника и говорим, процесс занял такое-то число колебаний нашего маятника, то есть, прошло столько-то времени,

Сейчас самый точный маятник – это цезиевые часы. Одна секунда — это 9 192 631 770 колебаний (переходов) микроволнового излучения, соответствующего специфическому переходу в атоме цезия-133. Цезиевые часы — это “золотой стандарт” точности времени нашего времени. Ошибка в одну секунду накопится через 9 миллиардов лет.

Вечность означает, что там нет никаких изменений. Все застыло в абсолютной неподвижности, ничего не происходит. Или иначе – нет никаких процессов. Это значит, что вечность противоположна времени. В вечности времени нет. Но так как время есть четвертая координата в едином пространственно-временном континууме, то если нет времени, то при этом не будет и пространства. То есть, вечность означает абсолютное небытие.

И поделом.

Вообще-то, вполне можно допустить ситуацию, когда всякая жизнь и, тем более, сознание во Вселенной исчезнет. В таком случае и существование Вселенной потеряет смысл. Ибо сознание – это осознание материи самой себя «в лице» мыслящего существа. Без понимающего разума Вселенная не имеет смысла и исчезнет. Можно с такой формулой не согласиться, сказать, позвольте, но в ранней Вселенной тоже не было жизни и сознания. Да, не было. Но в ней оно было в замысле, потенциально заложено. Кем? Допустим, неким высшим демиургом. Была цель – идти к мыслящему тростнику Паскаля. А когда жизнь с разумом истребилась и в этой Вселенной более никогда не появится, то никакой цели впереди нет и такая Вселенной более не нужна. Опять же – кому не нужна? Видимо, Демиургу.

Остановка времени связана еще и с абсолютным нолем температуры. Этот ноль равен минус −273,15 °C (по Цельсию) или 0 К (по Кельвину), и она представляет собой теоретический нижний предел температуры, при котором движение атомов и молекул останавливается. Раз нет движения, то это можно интерпретировать как остановку времени, чего не может быть. Именно поэтому, как известно из Нернста и Планка (3-е начало термодинамики) абсолютный ноль температуры недостижим.

При асимптотическом приближении к абсолютному нулю остаются нулевые колебания (zero-point energy) и виртуальные квантовые флуктуации. А вот если бы абсолютный ноль был достигнут, это означало бы конец света – исчезло бы время и пространство. Кстати сказать, энтропия при абсолютном нуле тоже равна нулю и тоже не может изменяться. А так как любой реальный процесс в замкнутой системе всегда идет с увеличением энтропии, то это и означает невозможность там никаких реальных процессов.

Далее. Направление времени задается Вторым началом – ростомэнтропии. И так как в замкнутой системе она может только увеличиваться, то этим и определяется необратимость времени и невозможность обратить его вспять. То есть, вернуться в прошлое. Здесь это свойство времени смыкается с принципом причинности, ибо обратный ход времени приводил бы к тому, что следствие опережало бы причину и некто, попав в прошлое, мог бы задавить своего прадеда, прервав тем самым свой род и не имея возможности родится самому, в то время, как он ведь уже родился, существовал и даже убил предка и, тем самым, пресек бы линию на самого себя.

Что бы происходило со временем, если бы вся Вселенная достигла почти абсолютного ноля? Все химические реакции и, конечно, любой обмен веществ при этом невозможны. Теория Big Rip, следующая из открытия Темной энергии предрекает Вселенной именно эту участь. Настоящая тепловая смерть. Термин этот возник после открытия закона энтропии Клаузиусом и потом по новому сформулирован Больцманом и означал максимальный хаос с максвелл-больцмановским распределением скоростей атомов по всей Вселенной, Сейчас это состояние лучше бы называть ледяной смертью. Но это нескоро – через десятки миллиардов лет.

Да и не будет этого – Творец найдет способ. Эту Вселенную, как экспериментальную модель, спишет в утиль, и создаст гораздо лучшую. Там будет только Сияющий Разум, без этого наследия проклятого прошлого в виде желудочно-кишечного тракта с двенадцатиперстной кишкой. Вместо нее останется только семь пядей во лбу.

Валерий ЛЕБЕДЕВ,
писатель, журналист, издатель.
Член The International Academy of science, industry, education & arts.
Бостон, США.
Для «RA NY»