Бесконечна ли вселенная?

Мы привыкли осознавать Вселенную как бесконечную. А так ли это?

Ниже некоторые рассуждения по этому вопросу.

Человечество в трех осях измерений

Всю свою жизнь человек живет в условиях гравитации, поэтому каждое мгновение для него существует низ (то направление, куда тянет, и вверх – направление, откуда тянет).

Такой образ жизни рождает у человека четкое деление окружающего пространства на две части – то, что ниже уровня человека и то, что выше уровня человека. То, что выше, как правило, светлее, легче и безопаснее, соответственно, часто ассоциируется с легкостью, и покоем и блаженным состоянием. То, что ниже, как правило тяжелее, темнее, опаснее. Соответственно, ассоциируется у людей с тяжестью, беспокойством, опасностью и неприятностью.

Всю свою жизнь человек движется перпендикулярно гравитации. Соответственно для него аналогично формируются два направления – туда, куда движемся (вперед) и туда, откуда движемся, соответственно, назад. И то и другое направление, практически всегда перпендикулярно гравитации. Вперед двигаться легче, соответственно, все, что у человека в будущем, ассоциируется у него с движением вперед, а то, что в прошлом, ассоциируется с движением назад.

Следующими направленями являются направления, перпендикулярные движению и гравитации – справа и слева.

Также как наличие десяти пальцев на руках рождает для человека десятеричную систему счисления (такая система является наиболее удобной для применения в практической жизни), также и способы существования формируют для человека наиболее удобным представление об окружающем мире, как трехмерном.

Практически все религии помещают неприятные ощущения и будущие неприятности ниже поверхности земли, а все приятные ощущения и будущее блаженство выше поверхности земли.

Сейчас, когда наука доказала, что земля имеет форму шара. Рай и ад уже не имеют реального места существования, и их синонимы «Небеса» и «Преисподняя» продолжают существовать уже оторванно от конкретных направлений верха и низа.

При этом вопрос о том, когда и как был создан мир, какого он размера, как долго он просуществует, продолжает волновать умы и верующих, и атеистов, и агностиков.

И вопрос о том, сколь далеко и как долго по времени можно двигаться в одном направлении для всех здравомыслящих людей имеет один ответ – сколь угодно долго и скольк угодно далеко.

Неискушенному человеку трудно представить, чтобы двигаясь вверх, можно было бы оказаться внизу, а двигаясь вперед, можно было бы оказаться сзади.

Но так ли это все в реальной Вселенной? И что по этому поводу думает наука?

Человек придумывает бесконечность там, где ему не хватает ума осознать конечность

Чтобы пояснить это утверждение, начну с небольшой притчи.

«В одном лесу на крошечной поляне жило племя людей. Вокруг поляны со всех сторон был густой лес. Периодически из леса выходили тигры и поедали людей. Люди очень боялись тигров. Как бы далеко в лес люди не заходили, всюду был только лес, и почти везде можно было наткнуться на тигра. Вся Вселенная для этих людей состояла только из поляны, на которой они живут и леса с тиграми вокруг. Люди обожествляли каждый шевелеящийся или неподвижный, но грозивший опасностью предмет.

Ничего удивительного, что, люди, жившие на поляне, разумно полагали, что лес вокруг распространяется бесконечно, и что, соответственно, количество тигров в лесу также бесконечно. Потому что как далеко не иди в лес, все равно или останешься в лесу навсегда или рано или поздно, но будешь съеден тигром или попадешь в какую-нибудь опасность.

Любые предположения о том, что конечен или лес, или количество тигров или количество богов, считались абсурдными, нелогичными, противоречащими логике и здравому смыслу.

Однако, в процессе жизни людям требовался лес для строительства домов, изготовления орудий труда и отопления. Поэтому лес вокруг поляны постоянно вырубался. Со временем был вырублен почти весь лес.

В конце концов, оказалось, что размеры леса ограничены. Также ограниченным оказалось и количество тигров в нем. Людям удалось измерить и размеры леса, и количество тигров».

Притчу эту я привел для того, чтобы показать, что человечество достаточно легко полагает бесконечность там, где на самом деле присутствуют ограничения. Психология человека такова, что во многих случаях люди придумывают бесконечность там, где им по тем или иным причинам сложно ососзнать конечность. В первую очередь это относится к пространству, времени и сверхестественным силам.

Аналогично человеку проще представить неподвижность связанных с ним объектов (земля, воздух, солнечная система, галлактика), чем подвижность.

Именно этой особенностью человеческой психологии объясняется то, что изначально Вселенная полагалась плоской и неподвижной, а окружающее пространство и время полагались бесконечными во всех направлениях.

Однако, в процессе своего развития, человечество изменило свое представление об окружающем мире. При этом надо заметить, что это изменение не всегда происходило бесконфликтно.

Сгорел на костре Джордано Бруно, проповедовавший в своих книгах как то, что Земля не является центром Вселенной, так и бесконечность Вселенной, и бесконечность множества миров Вселенной.

Тяжелую жизнь прожил Галилео Галилей, поддерживавший теорию Коперника о вращение земли вокруг солнца и вокруг своей оси.

Как развиваются научные гипотезы

Известно, что любая оригинальная идея сначала отвергается, потом подвергается яростным нападкам, и, наконец, принимается как аксиома. В конце все завершается четвертой фазой: идея не только принимается, но и осознается, удерживается в умах и претворяется в действиях.

Чаще всего новая научная теория начинается с того, что тот или иной факт плохо поддается объяснению в рамках существующей теории. Потом появляется один или несколько человек, которые тем или иным способом пытаются объяснить нестыковку фактов. Появляется на свет идея или предположение - гипотеза. Правильная это гипотеза или неправильная, показывает дальнейшая практика. Если гипотеза не подтверждается практически, ее отбрасывают. Если гипотеза имеет некоторые практические подтверждения, то она из гипотезы становится теорией. Теорию пытаются проверить со всех сторон, до тех пор, пока не убедятся в ее правильности. Только после этого теорию принимают как факт, и начинают ею пользоваться как естественным и достаточно понятным явлением окружающего мира.

Так, например, гипотеза о том, что земля выпуклая – была выдвинута мореплавателями, видевшими, как уходящие за горизонт корабли не уменьшаются в размерах до точки, а плавно опускаются за линию горизонта.

Позднее появилась теория, которая утверждала, что земля может быть круглой. Эту теорию на практике и проверили сначала Колумб, а потом Магеллан. Сейчас ни для кого не секрет, что земля круглая. Хотя в рамках обычных бытовых предствалений это очень сложно представить и осознать.

Нечто подобное происходило и с теорией о том, что земля вращается вокруг солнца.

Научные представления о микромире и макромире

Ученым, работающим как в области микрочастиц, так и в области астрофизики приходится работать с такими элементами, которые нельзя пощупать, рассмотреть внимательно. Поэтому в этих областях науки уже давно люди фигурируют такими понятиями, которые являются скорее абстрактными, чем реально осязаемыми или представляемыми: В микромире это электроны, протоны, фотоны, кварки, электромагнитные волны и поля, антивещество и т.п. В макромире это галлактики, сверхновые звезды, карлики, черные дыры и т.п.

Все это достаточно абстрактные понятия, плохо представляемые обычным человеком.

Некоторую связь между ними абстрактными мирами теоретически дает теория относительности, которая достаточно абстрактно связывает массу, скорость света и энергию.

В таких условиях ученые достаточно легко оперируют теоретическими расчетами, выкладками и предположениями. В тех случаях, когда физическая теория и ее математический расчет не дает возможности решения с бесконечными расстояниями, массами, скоростями, периодами времени, но на практике подтверждается многими практическими экспериментами, ученые достаточно легко допускают конечность и ограниченность. Такой подход настолько захватывает, что люди, занимающиеся наукой, начинают не только допускать ограниченность некоторых пространственных вещей и самой Вселенной, но и с помощью тех или иных предположений и расчетов пытаются расчитать размеры Вселенной.

Теория относительности Эйнштейна и границы скорости, массы и энергии

В 20-ом веке физики считали, что уже почти все поняли в окружающем мире. Некоторым исключением был свет. Он и распространялся как волна (изгибаясь и преломляясь) и одновременно с этим взаимодействовал с веществом во многом как частица, например, оказывал давление.

Попытки измерить скорость света поставили физиков в тупик. Земля вращается вокруг своей оси и движется в пространстве, т.е. любой объект на поверхности Земли движется с большой скоростью. Однако, все попытки получить зависимость скорости света от скорости движения источника или приемника света окончились неудачей. Скорость света была постоянной, независимо от того, измеряется она у источника света или у приемника, движется ли при этом источник света или приемник.

Единственное, что удалось вычислить, это то, что чем больше скорость, с которой удаляются друг от друга объекты, тем сильнее смещение их света в красную область.

Парадокс со скоростью света математически разрешил Альберт Эйнштейн. Уравнения, выведенные Эйнштейном, связывали между собой изменение протяженностей материальных объектов и промежутков времени при изменениях состояния движения материальных объектов, кроме того, Эйнштейн разработал уравнения, связывающие массу объекта с его энергией. Связующим коэффициентом явилась скорость света.

Побочным выводом из уравнений Эйнштейна было то, что достижение скорости, большей скорости света оказалось невозможным: Из уравнений Эйнштейна вытекало, что никакой объект не может двигаться со скоростью, большей скорости света.

Невозможность бесконечной скорости была спокойно воспринята физиками.

В общей теории относительности Эйнштейн связал в единой формуле массу и энергию.

Это тоже было спокойно воспринято физиками. Однако, поскольку масса Вселенной ограничена, логическим выводом из этого является ограниченность энергии во Вселенной.

Теория разлетающейся Вселенной

Изучение света, излучаемого дальними галактиками, показало, что чем дальше объекты друг от друга, тем сильнее их красное смещение, т.е. тем с большей скоростью они удаляются друг от друга. Самые дальние объекты удаляются почти со скоростью света.

На основе этих наблюдений была создана теория расширяющейся Вселенной. Согласно этой теории все объекты Вселенной разлетаются друг от друга с огромными скоростями.

Для объяснения этого факта были придуманы теории большого взрыва и осциллирующей (колеблющейся) Вселенной.

Согласно первой теории Вселенная разлетается с определенного момента и из определенной точки.

Согласно второй теории объекты Вселенной то движутся друг от друга, то начинают двигаться друг к другу.

Теория большого взрыва

1922 — советский математик и геофизик Ал. Ал. Фридман нашёл нестационарные решения гравитационного уравнения Эйнштейна и предсказал расширение Вселенной (нестационарная космологическая модель, известная как решение Фридмана). Если экстраполировать эту ситуацию в прошлое, то придётся заключить, что в самом начале вся материя Вселенной была сосредоточена в компактной области, из которой и начала свой разлёт. Поскольку во Вселенной очень часто происходят процессы взрывного характера, то у Фридмана возникло предположение о том, что и в самом начале её развития также лежит взрывной процесс — Большой взрыв.

По современным представлениям, наблюдаемая нами сейчас Вселенная возникла 13,7 ± 0,2 млрд лет назад из некоторого начального «сингулярного» состояния с бесконечной температурой и плотностью, и с тех пор непрерывно расширяется и охлаждается.

Теория большого взрыва является логическим продолжением факта разлетающихся галактик. Взяли скорость разлета, вычислили примерный центр разлета, поделили расстояние на скорость и получили дату большого взрыва. Это еще один пример прямых логических рассуждений исходящих из постулатов:

- скорость разлета постоянна во времени,

- направление разлета прямолинейно,

- в процессе разлета время постоянно и несжимаемо.

Ни одно из этих предположений не является доказанным, поэтому теорию большого взрыва можно допускать в определенных пределах: не очень далеко вперед (в будущее) от настоящего момента и не очень далеко назад (в прошлое).

Следствием этой теории является то, что размер Вселенной ограничен радиусом разлета осколков большого взрыва.

Реликтовое излучение

Любое тело, имеющее не абсолютно нулевую температуру (-273 градуса по Цельсию), излучает определенный вид излучения. Чем ближе к центру взрыва, тем больше должна быть температура Вселенной и чем дальше от точки взрыва, тем она должна быть меньше. В бесконечности Вселенная должна иметь абсолютно нулевую температуру.

Однако практические попытки измерить температуру Вселенной показали, что она не равна нулю. Оказалось, что практически со всех направлений температура Вселенной составляет примерно 3,5 градуса Цельсия.

Практически это означает, что энергия, выделившаяся при так называемом «Большом взрыве» не рассеялась безгранично, а нагрела Вселенную до определенной температуры во всех местах.

Иными словами, можно сказать, что, или

1.Количество энергии, выделившееся при «Большом взрыве» сразу оказалось бесконечным и распределилось по Вселенной равномерно, или что

2.теплоемкость Вселенной оказалась конечной.

И первое противоречит теории относительности (тепло не могло достичь всей Вселенной за ограниченное время). Второе означает, что Вселенная ограничена по теплоемкости, что практически означает, что Вселенная конечна.

Мало того, температура распределена по Вселенной неравномерно, с некоторых сторон Вселенная нагрета сильнее, а с некоторых – слабее. Ученые называют такое распределение температуры по Вселенной – флуктуациями реликтового излучения.

Сейчас астроном интересует измерение флуктуаций реликтового излучения, поскольку оно может пролить свет на процессы, происходившее во Вселенной на начальных стадиях ее развития. То, что температура границ Вселенной не нулевая – установленный факт, при этом флуктуации распределены неравномерно.

Размер Вселенной

Фактически, исходя из скорости расширения Вселенной и наличия реликтового излучения, получается, что наша Вселенная является относительно небольшой — около 70 млрд. световых лет в поперечнике с числом звезд, равным 10 в девятнадцатой степени.

Как здравомыслящему человеку можно осмыслить то, что Вселенная конечна?

Здравомыслящему человеку очень сложно поверить в то, что Вселенная может быть конечна. Здесь может помочь только опыт осознания других моментов макромира, которые на первый взгляд противоречат здравому смыслу, но на самом деле являются проверенными фактами:

- Земля не плоская, а круглая.

- Солнце гораздо больше Земли,

- Солнце не вращается вокруг Земли, но Земля вращается вокруг Солнца,

- Земля вращается вокруг своей оси,

- Скорость любого объекта не может быть скорости света,

- Масса может переходить в энергию и наоборот,

- Свет – это и волна и частица одновременно и т.п.

Эти вещи плохо укладываются в сознании обычного человека. Но они были предположены учеными, проверены экспериментально и уже используются человечеством в его практической жизни.

Ограниченность Вселенной пока только предполагается учеными и проверяется в исследованиях. Но, возможно, когда-нибудь, человечество проверит его экспериментально, и сможет использовать этот факт в практической жизни.

Что на практике означает конечность Вселенной

Если Вселенная конечна, то это не значит, что человек рано или поздно упрется в стену. Края как такового Вселенная не имеет.

Это может означать только еще одну замкнутость. Это значит возврат через какое-то время в исходную точку. Так сигнал или объект, посланный в определенном направлении, и двигающийся прямолинейно, будет двигаться очень долго до тех пор, пока однажды не вернется в исходную точку со стороны, противоположной той, куда он отправился. А луч света, распространяясь в пространстве, должен через определенный (большой) промежуток времени возвратиться в исходную точку.

Александр Фирсов
13.01.2014

Статья опубликована в Живом Журнале

ССЫЛКИ ПО ТЕМЕ:

• Демократия.Ру: Фирсов А., Энтропия и жизнь