6.6. Синергетическое видение эволюции Вселенной. Историзм физических объектов. Физический вакуум как исходная абстракция в физике

Космология, наука об эволюции Вселенной, очень моло­дая наука. Хотя космологические построения являлись сердцевиной многих учений, начиная с древности, все они являются предысторией научной космологии. Лишь созда­ние общей теории относительности Эйнштейна в 1916 году открыло новую строго научную эру развития этой дисцип­лины. Современный же этап ее истории свидетельствует о полном слиянии двух, в прошлом различных, отраслей знания — космологии и физики элементарных частиц, в одну науку. Так что рассматриваемые в космологии модели эволюции Вселенной — не досужие домыслы фантазеров, а модели, которые еще должны прорабатываться, дополнять­ся, но в рамках которых видится возможность для реше­ния как известных космологических проблем, так и про­блем физики элементарных частиц.

Современная космология рассматривает в качестве од­ного из наиболее вероятных сценариев эволюции Вселен­ной, в рамках которого удается решить большинство кос­мологических проблем, сценарий, включающий инфляцион­ную стадию. Основная идея инфляционной теории состоит в том, что расширение Вселенной и весь последующий ход ее эволюции рассматриваются из состояния, когда вся ма­терия была представлена только физическим вакуумом. Вакуум нашей Вселенной обладает вполне конкретными свойствами, определившими характер взаимодействий, спе­цифику явлений, протекающих в нашем мире, размерность пространства, в котором мы живем. Возможно, наша Все­ленная — это лишь мини-Вселенная, обитаемый островок,

237

на котором возникла жизнь нашего типа. Инфляция (от лат. inflatio) означает «вздутие». Инфляционная стадия предполагает процесс вздутия Вселенной. При этом ваку­ум той эпохи Вселенной — «ложный» вакуум. Он отлича­ется от истинного вакуума (считается, что истинный ваку­ум — это состояние с наинизшей энергией) тем, что обла­дает огромной энергией. Квантовая природа наделяет «ложный» вакуум стремлением к гравитационному оттал­киванию, обеспечивающему его раздувание. Этот «ложный» вакуум представляет собой симметричное, но энергетически невыгодное, нестабильное состояние, что на языке физики означает стремление его к распаду. Эволюция Вселенной предстает в контексте инфляционной теории как синерге-тический самоорганизующийся процесс. Если встать на точку зрения модели Вселенной как замкнутой системы, то процессы самоорганизации могут быть рассмотрены в ней как взаимодействие двух открытых подсистем — физиче­ского вакуума и всевозможных микрочастиц и квантов по­лей. Считается, что в процессе расширения из вакуумного суперсимметричного состояния Вселенная разогрелась до «большого взрыва». Дальнейший ход ее истории пролегал через критические точки — точки бифуркации, в которых происходили спонтанные нарушения симметрии исходно­го вакуума. В эти моменты энергия из вакуума перекачи­валась в энергию тех частиц и полей, которые из вакуума же и рождались. Причем ход этой эволюции, выбор путей дальнейшего развития в моменты бифуркаций оказался именно таким, что в результате появилась жизнь нашего типа.

Как отмечалось выше, противопоставление между дву­мя видами материи, изучаемых физикой, между веществом и полем, выливается в противопоставление между бозе-ча-стицами и ферми-частицами. Предполагается в рамках моделей Суперобъединения, что это различие проявилось во вполне определенный момент в процессе эволюции Все­ленной через 10^-43 секунд с момента взрыва, когда темпе­ратура упала ниже критического значения Т₁ = 10¹⁹ ГэВ. То есть при температуре ниже Т₁ проявляется различие ви­дов материи по спинам; при температурах выше Т₁ это раз­личие должно сниматься. При температурах, больших Т₁, предполагается такое состояние материи, которое совпадало бы с понятием единого суперполя, рассматриваемого как

238

целое, в котором моменты его дальнейшего развития еще не вычленены, вследствие чего все возможные в будущем взаимодействия представляют собой одно. По достижении Т₁ и ниже, можно констатировать разделение согласно клас­сической терминологии, материи на вещество и поле соот­ветственно по спинам. Иными словами, происходит саморас­членение единой субстанции на две противоположности — вещество и поле, а также расчленение единого суперполя единого взаимодействия на два — гравитационное и единое взаимодействие Великого объединения.

Следующий этап в эволюции Вселенной — это симмет­рия Великого объединения, симметрия между различными частицами с полуцелыми спинами. Речь здесь идет о тож­дестве между кварками и лептонами. При температурах, больших второго критического значения температуры (сле­дующей точки бифуркации в эволюции) Т₂ за счет суще­ствования квантов поля Великого объединения Х-бозонов, способных превращать кварки в лептоны, и наоборот, раз­личие между цветными кварками и бесцветными лептона­ми нивелируется. Однако при достижении Т₂ = 10¹⁵ ГэВ примерно через 10^-35 секунд с момента взрыва происходит спонтанное нарушение симметрии вакуума, вследствие чего Х-бозоны приобретают массу, и симметрия Великого объе­динения нарушается до симметрии SU(3), отвечающей силь­ным взаимодействиям, и симметрии SU(2) • U(l), отвечаю­щей электрослабым взаимодействиям. Это момент само­движения Вселенной, в которой проявляется такая ка­чественная определенность у кварков, как цветовой заряд, что приводит к различному поведению кварков и лептонов в последующие эпохи. Вселенная представляет собой в пе­риод после второй критической точки кварк-глюонный ме­шок; другим аспектом этого момента является симметрия между электромагнитным и слабым взаимодействиями. Именно на этом витке в истории Вселенной происходят несимметричные распады массивных Х-бозонов, при этом частиц вещества рождается немного больше, чем частиц антивещества. Впоследствии вещество аннигилирует с ан­тивеществом, превращаясь в Y -кванты. Избыток вещества и составит в последующем строительный материал, из ко­торого рождаются звезды, звездные скопления и галакти­ки. Так что наша Вселенная оказывается построенной из вещества. Но при этом она заполнена реликтовым излу-

239

чением, возникшим вследствие аннигиляции вещества и антивещества. Существование реликтового излучения было предсказано еще в 1948 году Г. Гамовым, Р. Альфером и Р. Херманом на основании фридмановской модели эволю­ции Вселенной. В 1964 году американскими радиоастроно­мами А. Пензиасом и Р. Вилсоном был зарегистрирован радиошум, который оказался шумом, соответствующим реликтовому излучению. Излучение это должно было вы­жить в процессе расширения Вселенной, вследствие кото­рого температура его должна была постепенно понижать­ся и на сегодняшний день составлять примерно 3 градуса Кельвина.

Следующая критическая точка в районе температур Т₃ 10² ГэВ приводит к спонтанному нарушению симмет­рии электрослабого взаимодействия, что обнаруживается нами как различие между электромагнитным и слабым взаимодействием. При этом W⁺, W^-, Z⁰-бозоны приобрета­ют массу.

В районе температур Т₄ 1 ГэВ нарушается так назы­ваемая киральная симметрия, что приводит к фрагмента­ции кварков и глюонов на отдельные области — протоны и нейтроны.

Дальнейшая эволюция Вселенной приводит к возник­новению водорода, гелия, ионизованного газа, звезд, звезд­ных скоплений, галактик и т. д.

Спонтанное нарушение симметрии вакуума выражает­ся в том, что он отдает энергию на рождение микрообъек­тов, на приобретение ими масс и зарядов, вследствие чего плотность энергии вакуума уменьшается примерно на 120 порядков и после всех этих качественных скачков ста­новится равной 0.

Современное развитие физики выработало новый взгляд на природу физических объектов, который можно было бы охарактеризовать как целостно-синергетический. Можно сказать, что основным объектом изучения физики стано­вится единая неделимая самоорганизующаяся Вселенная. Вакуум рассматривается как конкретно-всеобщая часть ее, обеспечивающая самоорганизующиеся процессы ее эволю­ции. Следует подчеркнуть определяющую роль физического вакуума в современной физической теории. Выделенность вакуума, его особая роль в космологических процессах воз­никновения и развития физического мира позволяет рас-

240

сматривать его в качестве исходной абстракции в теорети­ческой физике. Именно физический вакуум принимает не­посредственное участие в формировании и качественных и количественных свойств физических объектов. Такие свой­ства, как спин, масса, заряд, проявляются именно во взаи­модействии с определенным вакуумным конденсатом вследствие перестройки вакуума в результате спонтанно­го нарушения симметрии, что вносит коррективы в пред­ставление об историзме физических объектов. Ибо любой физический объект со своими характеристиками рассмат­ривается в современной теории как момент, элемент космо­логической эволюции Вселенной.