» » Вселенная конечная или бесконечная
загрузка...

Вселенная конечная или бесконечная

Парадоксы Вселенной. Препринт. Наука и техника

Валерий Петров

Введение

В космологии вопрос о конечности или бесконечности Вселенной имеет большое значение:

Есть два варианта: либо Вселенная конечна и обладает размером, либо бесконечна и тянется вечно. Оба варианта заставляют хорошенько задуматься. Насколько велика наша Вселенная? Все зависит от ответа на вышеуказанные вопросы. Пытались астрономы понять это? Конечно пытались. Можно сказать, они одержимы поиском ответов на эти вопросы, и благодаря их поискам мы строим чувствительные космические телескопы и спутники. Астрономы вглядываются в космический микроволновый фон, реликтовое излучение, оставшееся со времен Большого Взрыва. Каким образом можно проверить эту идею, просто наблюдая за небом?

Ученые пытались найти доказательства того, что особенности на одном конце неба связаны с особенностями на другом, вроде того, как края обертки на бутылке соединяются друг с другом. До сих пор не найдено никаких доказательств, что края неба могут быть связаны.

    Ньютон начал применять закон тяготения к самым различным явлениям. Он смело распространил действие этого закона на всю известную Вселенную. И оказалось, что этот закон одинаково справедлив не только на поверхности Земли, но и в небесных просторах.

    За 60—70 лет до Ньютона великий немецкий учёный Иоганн Кеплер открыл основные законы движения планет вокруг Солнца. Эти законы также известны сейчас каждому ученику средней школы. Но тогда они ещё не были обоснованы. Да, планеты двигались именно так, как должны были двигаться по этим законам, но почему они движутся так, никто объяснить не мог.

    Ньютон доказал, что их движение определяется всемирным тяготением, и вывел, исходя из этого утверждения, все формулы Кеплера.

    Блестящим подтверждением справедливости закона всемирного тяготения было открытие планеты Нептун. Учёные давно заметили, что планета Уран на некоторых участках своего пути вокруг Солнца, пути строго предопределённого законом всемирного тяготения, начинала проявлять какие-то неправильности движения. Она то замедляла без всякой видимой причины свой бег среди светил, то вдруг, словно кто-то начинал усиленно тащить её вперёд, ускоряла своё движение. Раздумывая над этим явлением, русский астроном Лексель в конце XVIII века пришёл к убеждению, что за Ураном находится ещё какая-то неизвестная планета, воздействующая своим притяжением на Уран, а в 1846 году французский учёный Леверрье вычислил местоположение неизвестной планеты на небесном своде. Эта новая планета была вскоре обнаружена астрономами.

ПАРАДОКС ЗЕЕЛИГЕРА

    Классическая теория всемирного тяготения Ньютона казалась непогрешимой. Однако со временем начали накапливаться факты, которые никак нельзя было объяснить, опираясь только на закон всемирного тяготения Ньютона. К числу их относится так называемый парадокс Зеелигера. Сущность его заключается в следующем.

    Вселенная бесконечна и во времени и в пространстве. Просторы Вселенной более или менее наполнены материальными телами, то есть Вселенная имеет какую-то среднюю плотность материи. Зеелигер решил попробовать определить силу тяготения, создаваемую массой всей бесконечной Вселенной в её какой-нибудь точке, используя закон Ньютона.

    И вот, применив формулу, выражающую этот закон, произведя соответствующие преобразования, Зеелигер получил, что сила тяготения в случае постоянной плотности вещества во Вселенной пропорциональна радиусу Вселенной, а раз он бесконечно большой, ибо Вселенная не может иметь конца в пространстве, то и сила всемирного тяготения в каждой точке Вселенной должна быть бесконечно большой. Однако практически мы этого не наблюдаем. Так значит, закон всемирного тяготения несправедлив в масштабах всей Вселенной?

    Было высказано много разнообразных предположений для объяснения этого кажущегося противоречия. Первое, напрашивающееся само собой, — это то, что плотность распределения материи убывает с расстоянием, и где-то очень далеко материи нет совсем. Представить себе это — значит допустить возможность существования без материи; но это абсурдная вещь: ведь пространство можно мыслить только как форму существования материи. Следовательно, приведённое объяснение парадокса Зеелигера не выдерживает никакой критики.

    Сам Зеелигер высказал другое предположение. Он допустил, что сила тяжести ослабевает с расстоянием не обратно пропорционально квадрату расстояния, а несколько быстрее. Это частично объясняло парадокс, но ставило под сомнение точность классического закона Ньютона.

Один из таких побочных эффектов говорит о том, что инфляция, возможно, продолжилась различными темпами в различных областях Вселенной. В каком-то регионе быстрое удвоение в размере остановится через некоторое время, в итоге образовав обозримую Вселенную, как наша. В других регионах из-за пространственных изменений инфляция может длиться вечно.

У нас есть бесконечное пространство-время, и не потому, что мы решили, что пространство-время бесконечно, а потому, что мы учитывали процесс, который естественно приводит к бесконечному пространству-времени.

Теория также предполагает, что расширение пространства и времени зависит от точки зрения. В соответствии с общей теорией относительности Альберта Эйнштейна время и пространство неразрывно связаны, отсюда термин пространство-время. Если вы хотите упомянуть пространство или время отдельно, необходимо разделить пространство-время математически.

Оказывается, ответ на такой вопрос, как "является ли пространство конечным или бесконечным?" может зависеть от того, как вы определяете пространство и время по отдельности. Есть пространство-время, этому нас учит Эйнштейн. Мы можем разделить его на пространство и время различными способами. Они все действительны и дают одинаковые результаты во всех экспериментах, но в них вложен разный смысл, и для достижения определенных целей одни значения удобнее, чем другие.

Если у вас будет бесконечное пространство-время, в этом случае вы можете разбить его так, что Вселенная может получиться конечной и расширяющейся. Она может расширяться бесконечно долго и стать бесконечно большой, но конечной. Или это же самое пространство-время может быть разделено таким образом, что пространство будет бесконечным, выходит бесконечная, расширяющаяся Вселенная.




Согласно тому, во что верят ученые на данный момент - вселенная расширяется со скоростью примерно в четыре раза быстрее скорости света, так что для любого практического применения на данном этапе развития можно считать вселенную бесконечной: мы не можем ни наблюдать расположенное за горизонтом расширения вселенной ни пересечь этот горизонт ввиду ограничения максимальной скорости скоростью света.




Вселенная может и конечна (теория большого взрыва), а вот количество вселенных!?

В наблюдаемой Вселенной есть только 10^80 частиц. И этого намного меньше, чем возможных конфигураций материи в одном кубометре. Если Вселенная действительно бесконечна, то удаляясь от Земли вы в конце концов найдете место с точным дубликатом нашего кубометра космоса. И чем дальше, тем больше дубликатов.

На первый взгляд решение задачи о бесконечности Вселенной требует односложного ответа «да» или «нет». Бесконечен мир или не бесконечен? И если бесконечен, то этим как будто все уже сказано. Ведь бесконечность всегда есть бесконечность. Но с развитием науки выяснилось, что бесконечно­сти могут быть разного рода. Так, например в матема­тике доказывается, что бесконечность чисел натураль­ного ряда (так называемое «счетное множество») имеет меньшую «мощность», чем бесконечность числа всех то­чек, расположенных на прямой линии (так называемый «континуум»). И сколько бы раз мы ни складывали друг с другом счетные множества, мы никогда не достигнем мощности континиуума — в результате сложения у нас всегда будут снова получаться счетные множества.

Другими словами, все шаги космологии на пути утверждения её статуса как естественной науки обратно пропорциональны её же шагам по введению бесконечных значений космологических величин: чем решительнее космология элиминировала бесконечные значения, тем увереннее она становилась полноценной естественной наукой (впервые мы наблюдаем это в релятивистской космологии), и, наоборот, чем больше бесконечных значений допускали космологические теории, тем непреодолимее космология покидала область «естественной науки».

Методологически этот процесс проявлялся двояко. Во-первых, с формальной стороны, введение бесконечных значений физических величин, приводит теорию к внутренним противоречиям (как в случае с парадоксами ньютоновской теории). Во-вторых, с содержательной стороны, бесконечные значения, вводимые в космологическую теорию навсегда закрывают для неё путь опытного (наблюдательного) подтверждения[10] (как в случае введения множества экспоненциально растущих и убывающих доменов в хаотическом сценарии).

Вместе с тем было бы наивно полагать, что выявленные трудности когда-нибудь остановят исследователей в поисках реализуемой теории Вселенной. Скорее всего, её развитие в будущем будет сохранять выявленную нами тенденцию – балансирование на грани естественной науки и математизированной метафизики.

Bibliography

Гемпель К. (1998), Логика объяснения, - Мoscow. Дом интеллектуальной книги,

Шарлье К. Как может быть построена бесконечная Вселенная. — Симбирск. 1914.

Зельдович Я.Б., Новиков И.Д. (1975) Строение и эволюция Вселенной, М. Наука.

Эйнштейн А., (1965),Собрание научных трудов, - М. Наука,, Т.1.

Starobinsky A. (1979) Письма в ЖЭТФ, -, V.30.

Starobinsky A. (1980) Phys.Lett.,, V. 91.

В свое время, полемизируя с известным церковным реформатором Лютером, Эразм Роттердамский писал: «Здесь, я знаю, некоторые, зажав уши, конечно закричат: «Эразм посмел сразиться с Лютером!» То есть муха со слоном. Если кто-нибудь захочет приписать это моему слабоумию или невежеству, то я с ним не стану спорить, только пусть даже и слабоумным – пусть даже научения ради – разрешат поспорить с теми, кого Бог одарил богаче... Может быть, мое мнение меня обманывает; поэтому я хочу быть собеседником, а не судьей, исследователем, а не основоположником; я готов учиться у каждого, кто предлагает что-то более правильное и достоверное... Если же читатель увидит, что оснастка моего сочинения равна той, которая имеется у противоположной стороны, тогда он сам взвесит и рассудит, что имеет большее значение: суждение всех просвещенных людей..., всех университетов..., или же частное мнение того или иного человека... Я знаю, в жизни нередко случается, что большая часть побеждает лучшую. Я знаю, что при исследовании истины никогда не лишне добавить свое прилежание к тому, что было сделано прежде».

Этими словами мы и закончим наше краткое исследование.

Источники информации:

Интересные материалы:

Наверх