Тайны пространства и времени

Когда астрономы занялись изучением квазаров, этих удивительных объектов, расположенных у границ наблюдаемой Вселенной и излучающих колоссальные количества энергии, примерно в сто раз превосходящие излучения энергии самых больших галактик, то обнаружилось, что на некотором расстоянии от нас их сконцентрировано особенно много.

Стоит еще раз напомнить, что в астрономии расстояние до того или иного космического объекта – это мерило его удаленности не только в пространстве, но и во времени. Чем дальше этот объект от нас находится, тем в более отдаленном прошлом мы его наблюдаем. Поэтому концентрация квазаров на некотором определенном расстоянии от нас, по-видимому, означает, что либо на определенном этапе эволюции Вселенной был период, когда этих объектов возникало особенно много, либо скорость разбегания галактик, то есть расширения Вселенной, в разные эпохи была неодинакова.

В свое время известные советские астрономы И.С. Шкловский и Н.С. Кардашев высказали гипотезу о том, что расширение Вселенной происходило не непрерывно, а с «остановками». Задержка произошла в тот момент, когда радиус расширяющейся Вселенной достиг как раз той области, где наблюдается концентрация квазаров. В течение последующих примерно 50 миллиардов лет Вселенная почти не расширялась, и за это время успело образоваться много квазаров. В этом случае возраст Вселенной может достигать 70 миллиардов лет, и в ней вполне могут существовать объекты и гораздо более старые, чем загадочный пульсар «Джи-Пи – 1953».

Таким образом, модель, предложенная И.С. Шкловским и Н.С. Кардашевым, снимает вопросы, возникшие при определении возраста упомянутого пульсара. Но одновременно снимается и уже известная нам проблема теории горячей расширяющейся Вселенной, связанная с отсутствием физических неоднородностей на расстоянии оптического горизонта, проблема, которая вместе с некоторыми другими привела к разработке теории инфляционной Вселенной. За время длительной «паузы расширения» световой луч успеет несколько раз обойти всю Вселенную, и, следовательно, взаимодействие между любыми ее объектами, даже самыми удаленными друг от друга, становится вполне возможным!

К сожалению, астрономические наблюдения некоторых выводов из модели Шкловского и Кардашева, увы, не подтверждают.

Как же тогда объяснить, не прибегая к теории «инфляционной Вселенной», фактически наблюдаемую однородность и изотропию Вселенной, означающую, что свойства ее любых достаточно больших областей приблизительно одинаковы, а любые направления равноправны?

Несколько лет назад советские теоретики В.А. Белинский, Е.М. Лифшиц и И.М. Халатников обнаружили неизвестное ранее решение уравнений Эйнштейна, согласно которому расширение Вселенной может носить колебательный характер, особенно бурный на самых ранних этапах. В тот период каждый элементарный объем вещества не только испытывал расширение, но, как говорят физики, «осциллировал» – то растягивался, то сжимался.

Опираясь на этот результат, американский ученый Мизнер предложил физическую модель Вселенной, в которой на раннем этапе отсутствует оптический горизонт и возможно перемешивание неоднородностей, а следовательно, и выравнивание физических условий. Эта модель получила название «модели перемешанного мира» или «модели миксмастера». По идее Мизнера, в рамках подобной модели свет успевает обойти мир большое число раз по всем направлениям.

В модели миксмастера процесс удаления Вселенной от начала расширения носит колебательный характер, причем любой момент мирового времени отделяет от начального момента бесконечное число колебаний.

Благодаря этому в модели миксмастера, хотя и существует начальный момент Т = 0, Вселенная все равно оказывается бесконечной во времени. Бесконечной в том смысле, что с начального момента в ней произошло бесконечное число событий.

Таким образом, в модели миксмастера мы сталкиваемся с парадоксальной ситуацией: с одной стороны, космологическое время имеет начало, а с другой – оно является бесконечным. И чем дальше мы углубляемся в бесконечное прошлое, тем медленнее оно «течет».

Характерно, что подобно Эйнштейну, Мизнер в своей модели связывает время с материей: «Материя не существует «в» пространстве и «во» времени, – подчеркивает он, – она сама формирует свое пространство и свое время».