Теоретические представления об устройстве мира в масштабах вселенной и элементарных частиц.

На интуитивном уровне, пространство Вселенной и время, воспринимаются нами - независимыми, всегда существующими, нематериальными сущностями. Пространство мы видим 3-х мерным, без границ, и в нем размещена вся материя Вселенной. Время воспринимается как прошлое, будущее, и настоящее – «миг между прошлым и будущим».

В Общей теории относительности (ОТО) Эйнштейна взгляды на пространство и время изменились. Пространство и время объединены в одно 4-х мерное пространство. Время стало одной из пространственных координат, и оно не может существовать вне пространства.

Само пространство представлено материальным объектом, и оно «прогибается» в местах, где находится «материя – энергия», и тем сильнее, чем её больше. Пространство, как бы соткано из необычайно прочных резинок очень малого размера. Поскольку время это координата в 4-х мерном пространстве, то в местах искривления пространства, искривляется и время.

ОТО описывает только гравитационное взаимодействие материи в крупномасштабном плане, от нескольких километров до размеров видимой Вселенной.

Другая частная теория - квантовая механика описывает взаимодействие на атомном (протоны, нейтроны), и субатомном (электроны, кварки) масштабах материи. В квантовой механике события носят вероятностный характер. Материя, и «пространство – время» рассматриваются на квантовом (дискретном, неделимом) уровне. В квантовой механике учитываются три силы взаимодействия: сильное ядерное, склеивающее протоны и нейтроны в атомах; электромагнитное, удерживающие электроны в атомах, и атомы в молекулах; и слабое ядерное, участвующее в радиоактивном распаде атомов.

На основе квантовой механики, и экспериментальных данных, создана теория элементарных частиц, из которых состоит обычная материя, и три силы взаимодействия (Стандартная модель). Гравитационные силы в Стандартной модели не учитываются, поскольку точно неизвестна природа гравитации, а ее сила, на атомном и субатомном масштабах материи, на многие порядки меньше других сил.

Попытка создания теории, которая объясняла бы происхождение Вселенной на квантовом уровне, и ее развитие до космического уровня, с учетом всех четырех сил взаимодействия (гравитации, электромагнитных, ядерных - сильных, и слабых), сделаны в струнных теориях, объединенных в М-теории. Квантовыеэлементы в ней на многие порядки меньше субатомного уровня (10 в минус 35 степени метра - размер Планка).

В М-теории материя состоит из квантовых элементов в виде колеблющиеся петель (гравитонов), и мембран, различной конфигурации. Все экспериментально обнаруженные элементарные частицы, приведенные в Стандартной модели, являются волнами от этих колеблющихся элементов в 11-мерном пространстве. Дополнительные шесть пространственных измерений свернуты на Планковском уровне, поэтому являются умозрительными, не поддающиеся экспериментальному обнаружению, квантовыми конструкциями. Но они определяют значения мировых констант, и тем самым, физические законы, действующие во Вселенной.

М-теория объясняет волновую природу видимой материи, и всех сил взаимодействия, но не объясняет, почему законы природы именно такие, какие есть. М-теория предсказывает существование бесчисленного количества разнообразных вселенных, в которых пространство может иметь любые размеры и формы, иметь любое количество измерений, и материя в этих вселенных, даже на субатомном уровне, может не существовать.

Темная материя, и материя черных дыр, в М-теории не учитываются, поскольку неизвестна природа этих материй, и они малодоступны для изучения.

Проблемы возникают и при исследовании темной энергии, поскольку ее связывают с энергией вакуума. Расчеты плотности энергии вакуума на 120 порядков больше реального значения. Это говорит о том, что представления о природе вакуума ошибочны. Но в космологических гипотезах о происхождении, и развитии Вселенной, вакуум и его энергия активно используется. При этом величина плотности энергии вакуума подгоняется под имеющие данные о Вселенной. Принятая плотность энергии вакуума невообразимо мала по сравнению с расчетной величиной. Иначе, чудовищная энергия вакуума разорвала бы даже ядра атомов. Физические законы в нашей Вселенной выглядят так, как будто они с невероятной точностью подстроены под наше существование (антропный принцип). Это вдохновляет сторонников Божественного создания Вселенной, в которой могла бы появиться органическая жизнь и человек.

Чтобы научно обосновать возможность появления нашей уникальной Вселенной, была создана концепция «Ландшафта». Суть её в том, что Мир состоит из бесчисленного количества вселенных, в соответствии с М-теорией. Энергия вакуума в этих вселенных разная, и это множество энергий представляется в виде земного ландшафта, состоящего из гор, долин на различной высоте. Из-за не абсолютной стабильности вакуума (он метастабильный) его энергия может быстро понизится до уровня ближайшей долины, при этом отдавая разность потенциальной энергии вновь рождаемой вселенной. Если энергия вакуума большая (соответствует высокой горе), то такая вселенная может образовать множество вселенных, пока энергия вакуума не станет равной нулю.

Кроме того, вновь образовавшиеся вселенные также порождают новые вселенные. В каждой рождаемой вселенной образуется случайный набор мировых констант, определяющих законы природы. Учитывая, что количество вселенных в Мире бесконечное множество, то существует конечная вероятность появления набора мировых констант, аналогичного нашей Вселенной.

Доказать справедливость концепции «Ландшафта», как и Божественного творения, пока невозможно. Это остается вопросом веры для каждого человека, как и в древние времена. Неизвестно, дано ли в принципе человечеству, ответить на вопрос, случайно возникла наша уникальная Вселенная, или нет.

Головков А Т. 16.07.2017г