Всі речі, які ми бачимо, - це складна комбінація мільярдів атомів. Кожен з таких атомів має власні фізичні властивості, що визначаються кількістю протонів в його ядрі.
І саме кількість протонів — в кінцевому випадку — формують періодичну систему елементів. Змініть розташування протонів або їх кількість — зміниться елемент, його фізична природа і, теоретично, організація навколишнього Всесвіту.
Але коли виникли найпростіші елементи? Невже вони походять від Великого Вибуху?
Походження фізичних елементів
Загальноприйнята теорія говорить нам, що спочатку був водень і трошки гелію. Водень містить 1 протон, гелій — два. Тому існування цих елементів задається апріорно. Процеси нуклеосинтезу запустились протягом першої секунди існування не-сингулярності.
З часом — після закінчення Темних Віків - космос почав знову розігруватися. Гравітація збирала водень разом, “зліплюючи” атоми в одне ціле. Більш високі температури породжували більш швидкий рух, а відповідно, енергії.
В одну прекрасно мить водень перетворився на плазму і запустив термоядерний синтез. Запалала перша у світі зірка.
Саме в цій зірці електрони отримали достатньо енергії, щоб вирватися з атомів, залишаючи по собі одинокі протони. Деякі з них перетворилися на нейтрони. За допомогою слабкої сили.
Два протони та два нейтрони — це вже гелієвий елемент. Але два протони не можуть перебувати поруч. Необхідна колосальна енергія, щоб подолати кулонівську силу відштовхування та створити “повноцінний” атом.
Така енергія може бути отримана в результаті злиття частинок. Але щоб відбулося перше злиття, теж необхідна енергія. Зовнішня енергія.
До того ж вивільна енергія створює тиск для врівноваження сил тяжіння поки триває процес термоядерного синтезу. Таким чином зірка зберігає свою масу та форму, не розлітаючись на окремі друзки.
Ще проходить деякий час. Може, декілька десятків мільйонів років, якщо перша у всесвіті зірка була величезним надгігантом. А, може, мільярди років, якщо вона недостатньо велика. Ми не знаємо.
Там, де водень перетворився на гелій, запустились інші реакції - створюються більш важкі елементи. Гравітація бере верх, стискаючи матерію та визволяючи ще більше енергії.
Кількість створених елементів залежить від того, на скільки велика та гаряча зоря.
Ми також вважаємо, що процес термоядерного синтезу здатний виробляти елементи аж до заліза. Тобто до об'єднання в ядрі 26 протонів. Коли виникає залізно ядро, процес термоядерна синтеза припиняється. Гравітація знову домінує, зірка швидко схропується. В деяких випадках до стану сингулярності.
Більш розповсюджений випадок - термоядерний синтез припиняється, а зірка продовжує світити протягом мільярдів років як білий карлик. Він поступово згасне, світило зникає, - адже два електрони не можуть перебувати в одному енергетичному стані.
Колапс розігрітого водневого шару невідворотний. Друге питання — з якими наслідками для “контрольованого” простору-часу.
Хай там як, але вибух однієї зірки може вивільнити енергії більше, ніж невеличка галактика. Саме в цей момент з'являються інші важкі елементи, аж до урану.
Ядро зірки скорочується під дією тяжіння. Атоми розчавлюються, електрони й протони з'єднуються, утворюючи нейтрони. В результаті нового колапсу виникає нейтронна зоря.
Вона має дуже маленькі розміри. Гравітація на стільки колосальна, що чайна ложка внаслідок величезної щільності речовини може вважити до мільярда тонн.
В цю мить в дію вступає інший принцип, який забороняє нейтронам перебувати в одному енергетичному стані. Цей принцип зупиняє наступний гравітаційний колапс, якщо тільки зірка не була дуже великих розмірів. Тобто вона перетворилася в чорну діру, оминаючи стадію нейтронної зорі.
Однак жодна фізика не забороняє зірці стискатися, викидаючи в простір все більше і більше енергії, власної речовини. Питання лише в тому, коли закінчиться водень або гелій. Коли припиняться активні термоядерні реакції.
Далі вже сила тяжіння бере верх і створює нові зорі. Процес повторюється знову і знову.
Між гравітацією та енергією
Все б нічого, але в класичній схемі виникають два моменти, які не піддаються будь-якому поясненню.
- Звідки береться енергія, яка спрямовує протони на об'єднання? Як і чому ця енергія формує перші атоми водню та зорі?
Враховуємо, що ми говоримо час після Темних Віків. Коли всесвіт став настільки холодним, що не міг “просто так” почати розігріватися.
- Коли виникла гравітація? І, власне кажучи, ми можемо “на той час” говорити про “класичну” гравітацію чи ні?
Не забуваємо, що тоді — за вказаною логікою — великих астрономічних об'єктів не існувало. Елементарних частинок теж, хоча вони й не мають права породжувати гравітацію.
Тож виникає відчуття безглуздя, якщо ми продовжуємо існувати в межах дискурсивного простору “великого вибуху”. Для пояснення еволюції Всесвіту наратив про універсальний початок не потрібний. Але відкидаючи ідею “біг-буму”, ми “раптово” знаходимо і зовнішню енергію, і гравітацію.
Прості елементи виникають як “продукт” життєдіяльності зірок. Ніякої таємниці, ніякого первинного нуклеосинтезу та додаткових гіпотетичних реалій.
Елементи, матерія, частинки й атоми завжди існували в нескінченому та вічному всесвіті. Який ніколи не вибухав, не остигав і знову нагрівався. Занадто багато допущень, щоб пояснити звичайний термоядерний синтез.
Стаціонарна модель, звичайно, не до кінця пояснює розширення всесвіту. Але дозвольте поки що відкласти цю розмову до наступного разу...
Як виникли хімічні елементи
Друга версія походження елементів також спирається на допущенні Великого вибуху. Тут весь простір, вся матерія і вся енергія починається з умовної “точки”, з ніоткуди. Як й у випадку чорних дір, вона теж називається “сингулярністю”, хоча фізична природа цієї сингулярності нам невідома (теорію Пенроуза про циклічність Всесвіту ми не розглядаємо).
Гіпотеза в тому, що апріорно задані умови були настільки гарячими, що основні сили природи були поєднані в одне ціле. Нам невідомо, як з'явився космос. Але він мав субкраплинні розміри та швидко розширювався. Цей процес розширення ми називаємо Великим вибухом.
Тобто мова не йде про раптове народження матерії. Ми говоримо про створення простору-часу, наповнення його буттям і запуск відомих на сьогодні фізичних процесів. За цією логікою, Великий вибух продовжується дотепер.
Отже, повертаємося до планківської ери, інтервалу часу від t=0 секунд до t=10^-43. Тоді Всесвіт розширився до 10^-35 метрів, він був киплячим супом з кварків, лептонів та їхніх братів та сестер з антиматерії, а також бозонів (що дозволяє взаємодіяти частинкам).
Температура на стільки висока, що кварки вільно рухатись. Але... ця незалежність тривала недовго. Проточастинки утворили електрони, згодом протони та нейтрони. 6 типів кварків, базових для нейтронів, протонів та інших частинок.
Коли Всесвіт розширювався, він став достатньо холодним, щоб нейтрони та протони об'єдналися й утворили атомне ядро. Пізніше, коли температура зменшилась до 3000° К, вільно рухомі електрони почали обертатися навколо ядра. Виникли атоми.
Пройшла трильйонну долю секунди, космос розширився і став достатньо холодним, щоб електрослабка взаємодія порушила симетрію на електромагнетизм і слабку ядерну взаємодію. З'явились слабкі ядерні реакції.
Мільйонна частка секунди. Температура достатньо низька, щоб виникли глюони. Секунда новітнього часу - кварки та глюони приєднуються до протонів і нейтронів. Баріогенез.
Коли всесвіту було від двох хвилин до двадцяти хвилин, він все ще був достатньо гарячим, щоб протони та нейтрони могли зливатися з важкими атомними ядрами. Але дейтерій, тритій, гелій, літій та берилій вже існували. Кінетична енергія частинок долає слабку ядерну силу і зіштовхує ядра атомів між собою.
Електрони вибиваються тепловою енергією, плазма заповнює простір. Знадобилося майже 380 000 років, щоб Всесвіт розширився і охолов настільки, що електрони змогли залишитися в ядрах атомів, утворивши атоми в сучасному розумінні.
Ранній матеріальний світ - це 75% водню, близько 25% гелію, трохи літію і незначна кількість берилію. Всі інші елементи утворилися на другому етапі, коли гравітація зіштовхнула матерію разом. Зірки сформували найпростіші елементи. Не вибухи Наднових, як за першим сценарієм.
Другий етап, своєю чергою, мав багато підпроцесів. Деякі елементи утворилися в ядрах зірок як продукти термоядерного синтезу. Інші елементи стали можливими внаслідок катастроф надмасивних астрономічних об'єктів, які пізніше стали зорями. Третя група виникла завдяки об'єднанню первинних нейтронних зорь або вибуху білих карликових наднових.
Мільйони років. Набуття зірками внутрішньої стабільності. “Упорядкування” базових сил природи та їх матеріальних носіїв.
Власне кажучи, виникнення простих елементів означало “запуск” фізики Всесвіту. Фізики відомих нам законів природи. На що було витрачено десятки мільйонів років.
Шлях до Бога
Таким чином ми знову повертаємось до проблеми первинних гравітації та енергії, що “розганяли” всесвіт у відкритий простір-час.
Наразі можна запропонувати 5 сценаріїв або логік пояснення:
- Першопричини не було: поточний стан Всесвіту є вічним.
- Існувала перша причина, яка сама по собі не є причинною, тобто вона існувала вічно “до” матерії.
- Існує нескінченність причин.
- Безпричинність у формі послідовної або/та апріорі заданої еволюції (логіка Рассела-Стейнхардта-Пенроуза).
- Я не знаю.
Проблема в тому, що будь-яке рішення передбачає щось, що існує вічно. Того, що з'являється з нічого. Скоріш за все, бога, першоджерельного бога.
Астрономія, астрофізика, вся космологія побудована на релігійній методології. Ми, внаслідок ментальних та культурних особливостей, не здатні думати інакше.
Такі інтелектуальні стратегії можуть звучати як звичайні відмовки, але ми так робимо постійно. Тому що сприймаємо теорію Великого вибуху як істину останньої інстанції. Ми не розглядаємо Всесвіт як наукову проблему.
3.2. Гравітація
Логіка космолога з його віковічним "фальшивий вакуум розпався" та “всесвіт виник з Сингулярності” внутрішнє контроверсійна, адже спирається на твердження, що простір... вже був до створення простору у вигляді цього самого “фальшивого вакууму”.
Крім того, він одразу кидає нас до Сингулярності, "Абсолюту”, якому не надається жодних пояснень. Щоправда, відразу виникає деяке Поле Інфлятона (переноситься надзвичайно масивними частинками Інфлятона - попри "факт", що чим більший бозон, що несе поле, тим менший діапазон взаємодії).
Інакше кажучи, перед нами виникає образ знайомого, по суті, триєдиного бога: фальшивий вакуум, інфлятон, сингулярність. Між цими поняттями не робиться особливого категоріального розрізнення. Все залежить від методології опису процесів, які існують... після волі бога.
А в ролі “волі бога” може виступати, наприклад, Час, який міг бути створений, а міг і не бути... хоча вмикається поле інфляції і розширення Всесвіту.
Натомість з'являється надто абстрактне поняття нескінченності, несучи нескінченну кількість безмасових частинок для створення однорідного Всесвіту. Бог дає можливість його бачити нематеріальними засобами... тим, що не має маси. Але що можна виміряти і що знаходиться у просторі.
Далі, поле інфляції зупиняється (чому?), в результаті чого запускається інша сутність — енергія або темна енергія, залежно від обраної моделі та методології.
А що було до того? Коли і завдяки чому розпадався вакуум, який не простір, та інфлятонне поле, яке не енергія, бо не має маси? Адже айнштайнівського принципу треба дотримуватися, навіть якщо сам всесвіт ще не народився!
Проблема в тому, що модель великого вибуху вимагає запуску гравітації ще в планківському часі, десь на 10^-43 секунді. Хоча матерія з'явилася через 10^-11 сек.
Логічне питання: а що відбувалося в цю мить? і гравітація між чим і чим? Адже “матерія” не означає існування “небесних тіл”.
Що приводить нас до іншої проблеми: а хто рахував вагу міжзоряного, міжгалактичного газу? Якщо поле — це частинки (хтось має переносити “силу”). То яка їх маса або енергія? А якщо все це не має маса, як енергія існує поза масою того, що не існує?
Загалом: для того, щоб виникли фізичні елементи, необхідна гравітація. Але гравітація неможлива до виникнення самих елементів.
Замкнене коло в межах теорії Великого вибуху.
Вихід один: або вбити бога, або забути про божественний великий вибух. Іншого не дано.
