Гипермаркет знаний>>Естествознание>>Естествознание 11 класс>> Из чего рождается Вселенная

                                                              4.4.3. Из чего рождается Вселенная?

Теория  Большого  взрыва  в  настоящее  время  является  доминирующей теорией  в  космологии.  Она  признает  рождение  Вселенной  как  физический факт  материального  мира.  Главной  проблемой  космологии  является  поиск ответа  на  поставленный  в  заголовке  вопрос.  Постараемся  наметить  общий подход,  который  вырисовывается  в  современном  естествознании,  для  выработки ответа.
 
Прежде всего отметим, что классическая физика различает две формы существования Материи: вещество и поле. Неклассическая, квантовая физика показывает дуализм их  свойств на уровне микромира,  где существует некоторое минимальное  разнообразие фундаментальных  частиц  полей (как  правило, безмассовых) и частиц вещества (обладающих массой покоя). Частицы полей  и  вещества  могут  превращаться  друг  в  друга,  поскольку  существует эквивалентность  массы  и  энергии.  Современное  естествознание  подошло  к выделению ещё одной формы существования Материи – Физического вакуума.  Твердые,  жидкие, газообразные вещества окружают человека, они ему привычны, их свойства исследованы в первую очередь. Некоторые поля (тяготения  Земли,  света  и  теплового  излучения)  человек  также  ощущает,  хотя отсутствие четко выраженной геометрической формы полей требует большего интеллекта в исследовании их свойств. Свойства физического вакуума ещё мало изучены, и здесь требуются значительные интеллектуальные усилия для их понимания.  

Они выглядят столь же непривычными и странными, как свойства частиц-волн в период становления квантовой физики. Физический вакуум не является абсолютной и стационарной пустотой, в нем непрерывно происходит виртуальное рождение и аннигиляция пар «частица-античастица». По аналогии с более известными явлениями макромира, такими, как поляризация диэлектриков,  фазовые  переходы  между  агрегатными  состояниями  или  спонтанные изменения симметрии кристаллов, водится  ассоциативная  терминология - поляризация  вакуума,  спонтанное  нарушение  симметрии  его  вещественно-полевого  состояния  и  ряд  других. Для исследования вакуума требуются частицы-волны большой энергии, чтобы  можно  было «возмутить»  непривычно  энергоёмкую  форму  материи.
Очевидно, что при анализе акта рождения вселенной необходимо учитывать наличие и необычность свойств вакуума.  

В самой общей формулировке ответ на проблемный вопрос сейчас дается в таком виде: Вселенная рождается из физического вакуума как следствие  спонтанного (самопроизвольного)  изменения  его  энергомассового  состояния. При этом акт рождения Вселенной в принципе не противоречит зану  сохранения  полной  энергии  Вселенной.  На  первый взгляд это утверждение парадоксально.  

Но  давайте  рассмотрим  аргументацию  академика  Я.Б.  Зельдовича (1900-1987). По  его мнению, формулировка  самого  общего закона природы в виде: «Из ничего не может образоваться ничего» является ненаучной  и  наивной.  Во-первых,  что  для  физика  означает «ничего»?

Содержательным ответом будет:

«Ничего»    1. Масса равна нолю: М = 0.
                    2. Полная энергия равна нолю: W = 0.   
 
Во-вторых, по условию «задачи»,  кроме Вселенной ничего больше не рождается  и  она  является  изолированной  системой. Для  неё  можно  применять закон сохранения энергии, в данном случае значение начальной энергии равно  нолю  и  должно  оставаться  нолевым.  Это  единственное  ограничение, все остальное разрешено.
 
С появлением массы Вселенной М появляется гравитационная энергия взаимодействия всех её частей, и эта энергия отрицательная. По формуле Эйнштейна эквивалентная образованной массе энергия Мс² должна быть положительной. Если эквивалентная величина энергии и энергия гравитационного  поля  равны  по  абсолютной  величине,  то  их  сумма (то  есть  полная энергия  системы)  будет  равна нолю,  что и необходимо  для  удовлетворения требований закона сохранения. В книге Л.Д. Ландау и Е.М. Лифшица «Теория поля» строго математически доказано, что точная компенсация происходит тогда, и  именно  тогда,  когда  становится  замкнутым  искривленное  пространство, в котором находится вещество.

Как пишет Я.Б. Зельдович: Энергия «ничего» равна нолю.  Но и энергия замкнутой Вселенной равна нолю. Но и энергия замкнутой Вселенной равна нулю. Значит, закон сохранения энергии не противоречит образованию «из ничего» замкнутой Вселенной (но именно геометрически замкнутой, а не открытой бесконечной Вселенной).

Концепции современного естествознания. Стародубцев В.А., 2-е изд., доп. — Томск.: Том. политех. ун-т, 2002. — 184 с.

Содержание урока
 конспект урока
 опорный каркас  
 презентация урока
 акселеративные методы 
 интерактивные технологии 

Практика
 задачи и упражнения 
 самопроверка
 практикумы, тренинги, кейсы, квесты
 домашние задания
 дискуссионные вопросы
 риторические вопросы от учеников

Иллюстрации
 аудио-, видеоклипы и мультимедиа 
 фотографии, картинки 
 графики, таблицы, схемы
 юмор, анекдоты, приколы, комиксы
 притчи, поговорки, кроссворды, цитаты

Дополнения
 рефераты
 статьи 
 фишки для любознательных 
 шпаргалки 
 учебники основные и дополнительные
 словарь терминов                          
 прочие 

Совершенствование учебников и уроков
 исправление ошибок в учебнике
 обновление фрагмента в учебнике 
 элементы новаторства на уроке 
 замена устаревших знаний новыми 

Только для учителей
 идеальные уроки 
 календарный план на год  
 методические рекомендации  
 программы
 обсуждения


Интегрированные уроки

Если у вас есть исправления или предложения к данному уроку, напишите нам.

Если вы хотите увидеть другие корректировки и пожелания к урокам, смотрите здесь - Образовательный форум.