Седьмое доказательство - Виктор Печорин

Можно этому верить, можно нет.

Вот, у Максвелла, например, не хватило терпения: он предложил на трубке, соединяющей сосуды, установить кран и посадить у крана демона, который бы в одну сторону пропускал только быстрые частицы, а в другую – только медленные. Этот неутомимый демон вошел в учебники под названием «демон Максвелла».

Но в жизни таких демонов не бывает, а потому и самопроизвольного возникновения разности потенциалов в замкнутой системе не бывает тоже.

На практике Второе начало термодинамики означает, что равномерное, равновесное состояние Вселенной является наиболее вероятным, и поэтому она всегда, в любой момент времени, стремится именно к такому состоянию, что сопровождается неуклонным возрастанием энтропии.

Это явление выражает закон возрастания энтропии, который можно сформулировать следующим образом: «В изолированной термодинамической системе энтропия не может убывать: она или сохраняется, если в системе происходят только обратимые процессы, или возрастает, если в системе протекает хотя бы один необратимый процесс».

По существу это утверждение является ещё одной формулировкой Второго начала термодинамики.

Таким образом, изолированная термодинамическая система стремится к максимальному значению энтропии, при котором наступает состояние термодинамического равновесия.

А когда такое равновесие наступило, выйти из него (перейти в неравновесное состояние) система самостоятельно уже не может.

Согласно Второму началу термодинамики, для того, чтобы вывести Вселенную из равновесного состояния, её необходимо «раскачать», а для этого на неё должно быть оказано некоторое внешнее воздействие. Иначе говоря, процессы, происходящие во Вселенной, необъяснимы в рамках самой Вселенной, и для того, чтобы их объяснить, надо выйти за эти рамки!

Таким образом, физика, в лице термодинамики, привела нас к следующему парадоксальному выводу: если в системе, которую мы полагаем замкнутой, вдруг появляются какие-то энергетические аномалии (неравномерности), приводящие к убыванию энтропии, то причину этих аномалий с большей вероятностью следует искать не внутри системы, а вовне. Применительно к Вселенной этот вывод можно сформулировать так: хотя Вселенная является абсолютно замкнутой (в физическом смысле) системой, на самом деле должно быть нечто, что существует за ее пределами и способно оказывать на нее воздействие.

Большой взрыв

Хотя в физике, по старой материалистической привычке, считается хорошим тоном придерживаться представления о вечной, не возникшей Вселенной, из открытых физиками законов вытекает, как мы убедились выше, совершенно обратное.

Теперь от физики перейдем к астрономии. Нас интересует: можно ли из наблюдений астрономов за окружающим нас космическим пространством сделать вывод о конечности или бесконечности Вселенной?

Астрономы подошли к проблеме таким образом. Если Вселенная вечна, рассуждали они, то она должна быть бесконечной в пространстве, не должна иметь ни границ, ни центра. И тогда к ней неприменимы такие понятия, как расширение или сжатие. Если же она конечна, т. е. временна, то, наоборот, должна находиться в динамическом состоянии – либо сжиматься, либо расширяться, либо сжиматься и расширяться попеременно.

Остается только понаблюдать: пребывает ли Вселенная в неизменности, или же ее состояние меняется в ту или иную сторону?

Что же показали наблюдения?

В 1929 году американский астроном Э. Хаббл опубликовал статью «Связь между расстоянием и лучевой скоростью внегалактических туманностей», в которой сделал такой вывод: «Далекие галактики уходят от нас со скоростью, пропорциональной удаленности от нас. Чем дальше галактика, тем больше ее скорость». Коэффициент пропорциональности получил название «параметра Хаббла». Значение «параметра Хаббла» определяет время, истекшее с начала расширения Вселенной, которое сейчас оценивается в 13,7 ± 0,13 млрд. лет. Такой вывод получен на основе эмпирически установленного физического эффекта – красного смещения, т. е. смещения длин волн в спектрах галактик в сторону красной части спектра по сравнению с эталонными спектрами. Это явление обусловлено эффектом Допплера30. Открытие Хабблом разбегания галактик лежит в основе концепции расширяющейся Вселенной.

Итак, астрономические наблюдения показывают: Вселенная расширяется.

Откуда ни взгляни, из любой точки Вселенной, любая галактика имеет красное смещение, пропорциональное расстоянию до нее. Само пространство как бы раздувается. Если на воздушном шарике нарисовать галактики и начать надувать его, то расстояния между ними будут возрастать, причем тем быстрее, чем дальше они расположены друг от друга. Разница лишь в том, что нарисованные на шарике галактики и сами увеличиваются в размерах, реальные же звездные системы повсюду во Вселенной сохраняют свой объем из-за сил гравитации.

Если спроецировать разбегание галактик назад в прошлое, то получается, что когда-то они были расположены гораздо теснее, чем сегодня.

А если «откатиться» еще дальше вглубь времен?

Окажется, что первоначально вся масса Вселенной была сконцентрирована в одной небольшой области, из которой и началось расширение. Последнее предположение получило название гипотезы горячей Вселенной.

Если представить всю массу Вселенной сжатой в один небольшой объём, в этом объёме возникнет колоссальное давление и невероятная температура (больше 1028 К). Тогда началом расширения такого сверхплотного вещества будет взрыв невообразимой мощности. Он должен был бы сопровождаться выбросом в пространство огромного количества энергии в виде излучения.

Гипотеза горячей Вселенной получила эмпирическое подтверждение в 1965 году, когда американскими учеными Пензиасом и Уилсоном было открыто так называемое «реликтовое излучение».

Реликтовое излучение – одна из составляющих общего фона космического электромагнитного излучения. Реликтовое излучение равномерно распределено по небесной сфере и по интенсивности соответствует тепловому излучению абсолютно черного тела при температуре около 30К.

Согласно модели горячей Вселенной, плазма и электромагнитное излучение на ранних стадиях расширения Вселенной обладали высокой плотностью и температурой. В ходе расширения Вселенной эта температура падала. При достижении температуры около 4000К произошла рекомбинация протонов и электронов, после чего равновесие образовавшегося вещества (водорода и гелия) с излучением нарушилось – кванты излучения уже не обладали необходимой для ионизации вещества энергией и проходили через него как через прозрачную среду. Температура обособившегося излучения продолжала снижаться вплоть до нынешних 3К или минус 2700С. Таким образом, это излучение сохранилось до наших дней как реликт от эпохи рекомбинации и образования нейтральных атомов водорода и гелия. Реликтовое излучение – эхо бурного рождения Вселенной, эхо Большого взрыва.

Итак, данные астрономии дают основание полагать, что материальная Вселенная не является вечной, что она родилась около 14 млрд. лет назад. А то, что родилось, неизбежно имеет и конец.

Флуктуационная гипотеза

А был ли Большой взрыв? – спрашивают сторонники «вечной» Вселенной. – Может быть, существование реликтового излучения можно объяснить иным образом? А даже если взрыв и был, – кто может знать, что было до Большого взрыва? Может быть, Вселенная существовала, хотя и в каком-то другом качестве, например, в виде рассеянной туманности, которая, собравшись в один комок, затем и взорвалась?

Конечно, ответить на такой вопрос не легче, чем на вопрос о загробном существовании: в обоих случаях никаких свидетелей – очевидцев нет и быть не может.

Единственным инструментом для решения этого вопроса является логика. Здесь нам придется временно отставить в сторону принцип «опыт есть критерий истины» и просто порассуждать.

Можно, конечно, нарисовать такую картину. Перед Большим взрывом уже была Вселенная, подобная нашей, и она так же расширялась. Достигнув определенного размера, в силу каких-то причин она вдруг перестала расширяться и стала сжиматься. И вот, сжавшись в очень малый объем – взорвалась. Это мы сейчас сформулировали гипотезу попеременного сжатия и расширения Вселенной.

Эта гипотеза была знакома еще Платону, который писал:

«Бог то направляет движение Вселенной, сообщая ей круговращение сам, то предоставляет ей свободу – когда кругообороты Вселенной достигают подобающей соразмерности во времени; потом это движение самопроизвольно обращается вспять…