Законы физики об устройстве Вселенной

Могут ли законы физики объяснить устройство Вселенной?
(Автор Любовь Соковикова)

С огромными масштабами космоса трудно смириться: в одной только нашей Галактике количество звезд составляет примерно 400 миллиардов, а ведь галактик во Вселенной не счесть. Космологи, однако, больше обращают внимание не на цифры – ученые хотят ответить на вопрос о том, как появились все эти звезды и галактики за отведенное им время – 13,8 миллиардов лет. Вот оно – настоящее доисторическое приключение.

В конечном итоге жизнь не может развиваться без планет, а планеты – без звезд; звезды, в свою очередь, должны находиться внутри галактик, а галактики не существовали бы без богато структурированной Вселенной, поддерживающей их. Поразительно, но еще совсем недавно казалось, что понять устройство космоса можно с помощью применения небольшого числа физических законов. Вот только целая череда последних научных открытий свидетельствует о том, что Вселенная и ее устройство – намного сложнее и едва ли поддается объяснению.

Глядя на нашу Вселенную сегодня, очень легко прийти в восторг от увиденного. Звезды на нашем ночном небе — лишь малая часть, несколько тысячи из сотен миллиардов от того, что присутствует в нашем Млечном Пути. Сам Млечный Путь -лишь одна-одинешенька галактика из триллионов присутствующих, в наблюдаемой Вселенной, которая простирается во всех направлениях примерно на 46 миллиардов световых лет. И все это началось около 13,8 миллиарда лет назад из горячего, плотного, быстрого, расширяющегося состояния, известного как Большой Взрыв.

Именно начиная с Большого Взрыва мы получаем возможность описать нашу Вселенную как полную материи и излучения и подключить известные законы физики, объясняющие современную форму космоса. Но Вселенная продолжает расширяться. Появляются новые звезды, космос эволюционирует.

Единый закон Вселенной
Когда-то казалось, что, несмотря на всю необъятность Вселенной, космос можно понять. Все, что для этого нужно – применить жесткие физические законы. Эту идеи впервые сформулировал Исаак Ньютон, показав, как яблоки, падающие с деревьев, и орбиты планет вокруг Солнца возникают под действием одной и той же силы – гравитации.

Такого рода радикальное объединение земных и небесных явлений: сохраняется и сегодня: ученые полагают, что все бесчисленные молекулы, атомы и субатомные частицы в нашей Вселенной подчиняются одному и тому же набору законов. Большинство свидетельств указывают на то, что подобное предположение верно, из чего следует, что совершенствование нашего понимания этих законов разрешит все оставшиеся вопросы о космической истории.

Это, однако, логическое заблуждение. Даже если представить, что человечество в конечном счете откроет “теорию всего”, охватывающую все отдельные частицы и взаимодействия, ценность подобного объяснения для самой Вселенной, вероятно, будет незначительной. Так, в ХХ веке, даже когда физика элементарных частиц раскрыла секреты атомов, стало ясно, что поведение частиц невозможно понять, сосредоточившись исключительно на отдельных объектах.

О том, что современная наука (включая физику и космологию) находится в кризисе, вы наверняка знаете. Об этом свидетельствует несоответствие между ведущими физическими теориями – Общей теории относительности (ОТО) и квантовой механике. Подробнее о том, почему каждая из теорий прекрасно работает по отдельности, мы рассказывали ранее, не пропустите.

Ученым хорошо известно, что многочисленные моделирования Солнечной системы не могут учесть абсолютно все. По этой причине даже малейшие изменения и разногласия приводят к совершенно иным результатам. Иными словами, все наши попытки смоделировать и предсказать будущее как отдельной звездной системы, так и целой Вселенной хаотичны.

Хаос показывает, что планетные системы могут вести себя иначе и непредсказуемо, чем может предполагать холодный, безжизненный закон всемирного тяготения. Однако если даже Солнечная система хаотична и непредсказуема, то можем ли мы вообще понять и объяснить устройство Вселенной и мироздания? Неужели все наши попытки разобраться в происходящем обречены на провал?

Можно ли понять Вселенную?

Чтобы ответить на этот вопрос, рассмотрим галактики, которые в среднем в десятки миллионов раз больше по протяженности, чем Солнечная система, и чрезвычайно разнообразны по своим формам, цветам и размерам. Понимание того, как галактики стали такими разнообразными, требует от ученых, как минимум, знания того, как и где внутри них образовались звезды.

Однако звездообразование – тоже хаотичный процесс, в ходе которого рассеянные облака водорода и гелия медленно конденсируются под действием силы тяжести, и ни один компьютер даже близко не в состоянии отследить все необходимые атомы. Но даже если бы вычисления были выполнимы, хаос в любом случае увеличил бы малейшие неопределенности, лишив нас возможности получить окончательный ответ. Ну а если бы мы строго придерживались традиционных законов физики в качестве объяснения галактик, то это был бы конец пути.