Эволюция Вселенной

Следовательно, одним из механизмов закономерности самоорганизации Вселенной является нарушение (спонтанное) симметрии: в  самую раннюю эпоху сразу после  Большого взрыва Вселенная находилась в состоянии максимально высокой  симметрии. Процесс образования  как частиц, так и сил, их связывающих, — результат нарушения более  высокой симметрии: нарушение симметрии  в расширении Вселен ной — процесс  многокачественной генерации в  самоорганизации материи и упорядочивания этой многокачественности во все  усложняющиеся структуры во Вселенной. Нарушение симметрии — порождение нового и его упорядочивание силами типов фундаментальных взаимодействий: нарушение симметрии нельзя представить  как беспорядок и образование  только хаоса во Вселенной. На самом  деле, нарушение симметрии как  закономерный механизм самоорганизации  материи во Вселенной играет фундаментальную  роль в многокачественной генерации  фундаментальных и элементарных частиц и сил, их связывающих: новые  частицы и новые силы, их связывающие, появляются и образуются в эволюции Вселенной в результате спонтанного  нарушения (или просто нарушения) симметрии; всегда есть нечто единое, тождественное, некое унифицированное единство, а нарушение симметрии есть процесс  диверсификации этого тождества, единства и инновации новой многокачественной  генерации частиц материи и сил, их связывающих: единство симметрии  и нарушения симметрии представляет собой фундаментальный механизм эволюции Вселенной как самоорганизации  материи в пространственно-временном  ее расширении.

Итак, существенным законом самоорганизации  материи в расширяющейся Вселенной  является спонтанное нарушение симметрии (вообще нарушение ее), в результате чего появляются новые частицы и  силы, их организующие, — кварки и  лептоны и их силы взаимодействия — сильные цветные и электрослабые, а в дальнейшем похолодании Вселенной  происходит нарушение симметрии  электрослабых взаимодействий, в  результате чего электрослабые взаимодействия расщепляются на два самостоятельные  взаимодействия — электромагнитные и слабые. Мы этим хотим подчеркнуть  ту мысль, что ныне нам известные  четыре типа взаимодействий — сильные (цветные и адронные), электромагнитные, слабые и гравитационные силы, действующие  в расширении Вселенной как самоорганизации  материи в структуры — микрозернистые, мелкозернистые и крупномасштабные, — результат нарушения симметрии  единого сущего и суперсилы, существовавших в какой-то сингулярности до Большого взрыва: Большой взрыв как катастрофа есть единовременный противоречивый процесс  диверсификации как разрушения симметрии сингулярности и инновации как созидания нового мира частиц и сил, их упорядочивающих. Поэтому Большой взрыв как двуединый процесс катастрофы, исчисляемый миллиардными долями секунды, есть диалектический взрыв диверсификации и инновации: он есть процесс рождения и становления нашей Вселенной. Рассматривая горячую кухню Г. Гамова, мы должны отметить еще один существенный закон самоорганизации материи: речь идет о фазовом переходе. По существу мы касались только проблемы фундаментальных частиц — кварков и лептонов — и сил, их организующих, а что касается проблемы элементарных частиц, т. е. адронных, и частиц «темной материи» как гравитации, ее мы совершенно не затронули. Поэтому на них следует кратко остановиться.

Кварки  и лептоны, как мы уже знаем  из стандартной модели физики элементарных частиц, не являются фундаментальными на энергиях выше 1015ГэВ: они являются фундаментальными на энергиях до 1015ГэВ, а выше этих энергий, когда происходит слияние всех трех констант связи  сил цветных и электрослабых, перестают быть фундаментальными. Это  первое. А второе заключается в  том, что до кварко-адронного фазового перехода, т. е. до конверсии кварков  в адроны, кварки были свободными частицами, которые могли вступить со своими антикварками в аннигиляцию. На ранней стадии в горячей кухне в аннигиляцию  вступали электроны и позитроны, в результате чего значительная их часть превращалась в излучение. Может быть, в действительности космическое  микроволновое фоновое излучение (реликтовое излучение), доходящее до нас с самого раннего времени  Большого взрыва и окружающее нас  изотропно со всех направлений пространства Вселенной, — именно отчасти результат  этих аннигиляций кварков и антикварков, электронов и позитронов. Кварк-адронный фазовый переход как конверсия  кварков в адроны есть очень важный и существенный закон самоорганизации  материи в становлении и расширении Вселенной, ибо в результате конверсии  кварков в адроны образуется новый  мир барионной материи — мир  сильных ядерных (т. е. адронных) взаимодействий, отличный от мира сильных цветных  взаимодействий между цветными кварками через посредство глюонов, также  цветных: мир адронных сильных взаимодействий — производный мир от мира кварков  и их цветных взаимодействий. Поэтому  кварк-адронный фазовый переход  как конверсия кварков в адроны — фундаментальный механизм закона самоорганизации материи в ходе эволюции Вселенной: он явился законом  созидания барионной материи, составляющей 20 % всей материи во Вселенной. Фундаментальная  значимость барионной материи, как  мы об этом уже писали, заключается  в возможности образования частиц «темной материи» из частиц барионной  материи. Так, аксионы как претенденты-кандидаты  на роль частиц «темной материи» могут  быть получены в результате фазового перехода пион-аксионной конверсии: Ν + π -> W + a (а — аксионы). Таким  же фазовым переходом можно получить мопоноли как частицы «темной  материи» путем конверсии кварка в монополи: γ + q -> Μ. Таким образом, фазовый переход как конверсия  одних частиц в другие является не локальным и частным случаем, а универсальным и фундаментальным  законом самоорганизации материи  как созидания и творения совершенно новой материи в ходе эволюции Вселенной: закон конверсии как  фазового перехода является всеобщим законом самоорганизации материи  во Вселенной.

Итак, мы можем подытожить и выделить три  закона самоорганизации материи  в горячей кухне, где изготовляются  самые изысканные блюда — фундаментальные  и элементарные частицы и силы, их связывающие, организующие и упорядочивающие:

1) закон симметрии; 

2) закон нарушения симметрии; 

3) закон конверсии как фазового  перехода.

Роль  барионной материи в расширении самоорганизующейся нашей Вселенной  фундаментальна и универсальна. Во-первых, с барионной материей связаны, так  или иначе, непосредственно или опосредованно, три типа сил взаимодействий — сильные (цветные и адронные), электромагнитные и слабые; во-вторых, водород и гелий как элементы барионной материи в общем балансе вещества (мы пока исключаем излучение и «темную материю») во Вселенной составляют, как уже отмечали, 75 % и 23 % соответственно; в-третьих, барионная материя как ядерное топливо в ядерном реакторе в недрах звезд играет исключительно важную роль в эволюции Вселенной: жизнь звезды есть термоядерные реакции превращения водорода в гелий и т. д. В этой связи мы должны учесть то важное и существенное обстоятельство, связанное с барионной материей, что в состав одной галактики входит более 100 миллиардов звезд, как наше Солнце, в недрах которого сгорает в ядерном котле ежесекундно 600 τ водорода. А в галактике работают более 100 миллиардов ядерных реакторов, в которых в среднем ежесекундно сгорает более 1 000 τ водорода. А есть звезды более массивные, чем наше Солнце, масса которых превосходит массу нашей рядовой звезды в 100, 1 000 раз, и, следовательно, в этих звездах в 100 и в 1 000 раз больше сгорает водорода в одну секунду. Такова впечатляющая роль барионной материи в нашей Вселенной, в целом холодной: звезды не только «свечи»-индикаторы, освещающие путь нашего познания космических объектов во Вселенной, но и незаменимые источники тепла, без которого мы, живые существа, не только не могли бы мыслить и писать об этом, но и просто существовать.

По  существу мы уже начали рассматривать  вторую кухню Г. Гамова после Большого взрыва: вторая кухня — теплая кухня  как кухня первичного нуклеосинтеза, изготовляющего легкие ядра водорода и гелия, доминирующая распространенность которых в плотности вещества (без учета частиц «темной материи», излучения и т. д.) во Вселенной  составляет соответственно 75 % и 23 %. Значит, в горячей кухне изготовляются  самые изысканные блюда — фундаментальные  и элементарные частицы — кварки, лептоны, а также адроны и силы, их связывающие и организующие, —  сильные цветные, сильные адронные, электромагнитные и слабые взаимодействия. А гравитационные силы в мире микрочастиц  настолько слабы, что можно ими  пренебречь, хотя на энергиях планковского масштаба mpl=1019ГэВ появляется настоятельная  необходимость учета их, если стремимся  к супертеории всего сущего. Без  горячей кухни, где изготовляются  изысканные блюда, невозможно в теплой кухне осуществление первичного синтеза образования легких ядер водорода и гелия, являющихся основным ядерным горючим для термоядерных реакций в недрах звезд: барионная  материя является основным топливом для поддержания жизни звезды. Мы ниже при исследовании черных дыр  увидим, что жизнь звезды определяется единством барионной и «темной  материи» как гравитационной ее массы: жизнь звезды — равновесие между  барионной материей как источником термоядерных реакций в недрах звезды и сжатием собственной гравитационной массы. Значит, жизнь звезды будет  продолжаться до тех пор, пока не сгорит барионная материя как топливо  термоядерных реакций в ядерном  котле в недрах звезды: как только закончится ядерное топливо в  ядерном реакторе звезды, она, как  умершая звезда, не способна сопротивляться сжатию своей собственной массы  «темной материи» и в доли секунды  превращается в черную дыру. В коллапсирующей и вращающейся черной дыре вся  барионная материя во всех ликах  исчезает, превращаясь в одну гравитационную массу «темной материи»: барионная  материя в черной дыре исчезает в  сингулярность как бесконечность  плотности «темной материи» как  массы гравитации и искривления  пространства-времени.

Таким образом, значение изготовления в теплой кухне легких ядер водорода и гелия  как барионной материи огромно: оно дает «жизнь» звезде. А звезда — не толь ко «светильник»-индикатор, освещающий нам путь познания космических  объектов (таким «светильником»-индикатором  является красное смещение спектральных линий), но и отапливающие холодную Вселенную ядерные реакторы, построенные  самой природой и рассыпанные  по всему пространству Вселенной  во всех ее областях и уголках: только во всем метагалактическом пространстве Вселенной построено природой более 1021 реакторов в соответствии с числом звезд — 1021. Во-первых, в недрах звезды происходят термоядерные реакции превращения водорода в гелий и т. д.; во-вторых, в ее недрах, температура в которых достигает десятков и сотен миллионов градусов, происходят постоянные столкновения протона и электрона, в результате чего образуются нейтрон и нейтрино, которое сразу же покидает звезду, захватив часть ее энергии: p + е --> n0 + vc. А затем происходит распад нейтрона на протон, электрон и электронное антинейтрино, которое сразу же покидает звезду, унося часть энергии. А теперь посмотрим более детально распад нейтрона: на фундаментальном уровне кваркового строения и структуры материи: нейтрон состоит из трех кварков — n(u, d, d), а протон состоит из трех других кварков — p(u, u, d). Почему нейтрон распадается на протон, электрон и электронное антинейтрино? Потому что нейтрон состоит из более тяжелых кварков — n(u, d, d), чем протон p(u, u, d): Из этого слабого распада нейтрона η мы видим, что электрон — е и электронное антинейтрино образуются за счет распада d-кварка в нейтроне — n (u, d, d). Почему мы в своей работе пишем обо всем?

Во-первых, на современном уровне развития науки  совершенно невозможно объяснение и  понимание космологической проблемы расширения Вселенной, ее становления  и эволюции после Большого взрыва без астрофизики элементарных частиц: именно астрофизика элементарных частиц наполняется конкретным содержанием (т. е. барионной и «темной материей») в расширяющуюся Вселенную: Большой  взрыв как катастрофический процесс  единства диверсификации (т. е. разрушения) и инновации (т. е. созидания нового) — начало создания мира элементарных частиц, ядер, атомов, молекул и т. д. и одновременно «творения» Вселенной  и ее пространственной структуры  в целом. Нельзя представлять самоорганизацию  материи только как рождение и  формирование элементарных частиц, атомов, молекул в пустой Вселенной: на самом  деле сам процесс самоорганизации  материи есть двуединый процесс  рождения частиц материи и самостановления  Вселенной в ее пространственно-временной  космологической структуре. Рождение частиц и сил, их связывающих, и становление  Вселенной в пространственно-временной  размерности — двуединый единовременный процесс: расширение Вселенной после  Большого взрыва есть процесс наполнения ее рождающимися фундаментальными и  элементарными частицами, ядрами, атомами, молекулами материи, которые «изготовляются»  в горячей кухне, теплой и холодной кухне. Во-вторых, следует подчеркнуть, что в любой строящейся научной  теории, отражающей фундаментальное  строение Вселенной, начальные условия  и основные их параметры, характеризующие  законы, принципы развития Вселенной, не могут быть произвольными и  случайными: значения как начальных  условий, так и основных параметров — законов, принципов — должны быть обоснованы. Они не должны быть ни произвольными, ни случайными, наоборот, они должны быть во взаимосогласованном  единстве: Вселенная возникает с  самого начала Большого взрыва как  единая целостная суперсистема, все  элементы, основные и главные части  которой должны находиться в синхроническом взаимосогласовании и единстве.

1. Мировые константы — гравитационная  Ньютона g, скорость света Эйнштейна  с и постоянная Планка h — все  упакованы и взаимосогласованы,  что делает начальные условия  строго обоснованными. 

2. Законы сохранения физики —  импульса, момента импульса и  энергии — в природе так  взаимосогласованы объективно, что  нельзя их рассматривать изолированно.

3. Принципы симметрии, однородности, изотропности пространства и  однородности времени в своей  синхронной совокупности служат  основанием симметрии Вселенной  в целом. 

Таким образом, мировые постоянные, принципы симметрии, законы сохранения так между  собой в природе упакованы, что  начальные условия Вселенной  делает строго синхронизированными: они  не случайны и не произвольны, а строго закономерны во взаимосогласованности и синхронности. Все это проявляется в целостном единстве Вселенной как суперсистемы. Таким образом, горячая Вселенная после Большого взрыва подвергается самоорганизации в горячей кухне, где изготовляются самые изысканны, высококачественные и энергетически насыщенные блюда — фундаментальные и элементарные частицы и силы, их упорядочивающие, а затем в теплой кухне изготовляются легкие ядра в процессе первичного нуклеосинтеза, столь необходимые для термоядерных реакций в недрах звезд. Как мы уже отметили, термоядерные реакции превращения водорода в гелий, в ходе которых происходит слабый распад нейтрона на протон, электрон и электронное антинейтрино n —> ρ + е +, является основным источником тепла, обогревающего нашу холодную в целом Вселенную. Наконец, когда наша Вселенная значительно похолодала, заработала третья холодная кухня, где изготовлялись и изготовляются атомы и из атомов молекулы, без которых само существование жизни немыслимо: молекулы как соединение атомов являются основой возникновения жизни и являются носителями жизни. Жизнь — это функция деятельности молекул. Однако жизнь — это не просто совокупность молекул, а есть их движение: жизни нет и не может быть вне движения молекул как совокупности атомов. Поэтому настоящим и подлинным веществом, творящим жизнь, являются продукты, изготовляемые на третьей холодной кухне — атомы и молекулы.

Но это только возможность  жизни, а не сама жизнь: атомы и  молекулы, состоящие из атомов, —  это только возможность жизни, а  не сама жизнь. Соединение молекул из атомов из возможности превращается в действительность только при определенных специфических условиях развития Вселенной: 

1. Она возможна только  при расширении и похолодании:  при коллапсе и в горячей  Вселенной исключена сама возможность  жизни.