В данной работе автор, используя герменевтическую инфляционносценарную многомерную стратегию, обусловленную существованием в природе космического вакуума с его антигравитацией, осуществляет построение картины эволюции Вселенной, позволяющей коренным образом пересмотреть устоявшиеся представления о ее современном состоянии.

Процесс построения все более общих теоретических систем физического познания реального мира, начавшийся в конце прошлого столетия и продолжающийся сейчас, можно условно изобразить двумя векторами теоретического синтеза. Первый вектор будет символизировать развитие квантоворелятивистской физики в виде единых теорий поля, объединяющих элементарные частицы и их взаимодействия, а второй – становление будущей физики ХХІ века, характеризуемой «планковскими масштабами», очень высокими энергиями и очень малыми расстояниями, а также поиском субстанции, обладающей общностью. Пересечение этих векторов, обогащенное «полем проблемы ранней Вселенной», инициировало появление идеи «великого синтеза», приведшей к необходимости построения теоретических схем, именуемых естествоиспытателями теориями происхождения Вселенной «из ничто» (Я.Б. Зельдович) или ее «квантового рождения» (П.И. Фомин, И. Трайон), а также «теориями Всего Сущего» (Д.Н. Шрамм, Г. Стейнгман) или «теориями всего на свете» (С. Энтони) [1, с. 122].

Таким образом, наше время характеризуется критическим осмыслением и дальнейшим развитием сверхабстрактных теорий, еще совсем недавно казавшихся вершиной творения человеческого разума: Стандартной Модели теории Великого объединения, теорий суперсимметрии, супергравитации, суперструн и т.д. Сейчас основной акцент в создании этих космофизических теорий сместился в сторону их дальнейшей герменевтизации, целью которой явилось преодоление феноменологических разрывов в диапазоне энергий от привычных для нас уровней до 10¹⁵ ГэВ и 10¹⁹ ГэВ. К примеру, появились космофизические теории, использующие представления о пространствевремени с размерностью, большей трех, которые, в отличие от современных, исходят из того, что дополнительные измерения не сворачиваются в исчезающе малые образования, а могут иметь большие размеры и становятся наблюдаемыми.

Создание физической картины мира, основанной на новой культуре нелинейного мышления [2, c. 383], требует от современной физики и космологии принципиально новых идей и подходов. Этот процесс связан с необходимостью решения фундаментальных проблем: определения величины космологической постоянной (описывающей гравитацию физического вакуума); существования иерархии масс элементарных частиц; природы плотности энергии физического вакуума и т.д. С этой целью в данной работе автор, используя герменевтическую инфляционносценарную многомерную стратегию, обусловленную существованием в природе космического вакуума с его антигравитацией, строит картину эволюции Вселенной, позволяющую коренным образом пересмотреть устоявшиеся представления о современном ее состоянии.

1 Современное состояние космологии и физики частиц

В качестве примера современных теоретических построений суперобъединения в космомикрофизике рассмотрим две наиболее привлекательные, на наш взгляд, модели: струнную и квантовогравитационную – «мира на бране»; кроме того, затронем инфляционный сценарий эволюции Вселенной, принятый большинством современных космологов мира [3, c. 941].

К современной модели суперобъединения можно отнести теорию супергравитации, связавшую воедино электрослабое взаимодействие с гравитационным. При этом объединяются внутренняя, связанная с квантовыми числами элементарных частиц, симметрия теории великого объединения (ТВО) и пространственная симметрия общей теории относительности (ОТО). Из этой теории следует, что подобное объединение происходит при энергии взаимодействия, равной 10¹⁹ ГэВ, а частицамипереносчиками являются безмассовые частицы со спином, равным 2, – гравитоны [4, с. 114].

Согласно квантовой теории гравитации, родившиеся в физическом вакууме виртуальные частицы создают в данное время и в данном месте дополнительную массу, обусловливающую дополнительное тяготение, что приводит в соответствии с ОТО к изменению геометрических свойств пространствавремени. В подчиненной квантовым законам гравитации ранней Вселенной кривизна пространствавремени и даже его топологическая структура должны флуктуировать, а сам гравитон может рассматриваться как квант флуктуирующего пространствавремени, сочетающий в себе свойства элементарной частицы и волны искривления, бегущей по четырехмерному миру. Однако единое описание четырех фундаментальных взаимодействий возможно только в 10мерном пространствевремени, девять координат которого являются пространственными, а десятая – временной. Фундаментальные законы отдельных взаимодействий являются проявлениями скрытых (компактифицированных) размерностей этого пространства.

В настоящее время в центре внимания теории элементарных частиц попрежнему остаются две фундаментальные проблемы: конфайнмент (проблема невылетания кварков из адронов) и квантовая теория гравитации, хотя все остальное находит практически полное объяснение в рамках Стандартной Модели [5]. По всей вероятности, решения этих двух задач оказываются невозможными без прогресса в понимании общей теории относительности и свойств калибровочных теорий поля в области сильной связи, т.е. там, где становятся неприменимыми модель электрослабых взаимодействий Вайнберга – Салама и квантовая хромодинамика в области высоких энергий.

Такой теорией на малых расстояниях планковского масштаба, на которых стало необходимым учитывать эффекты квантовой гравитации, явилась теория струн, низкоэнергетическим пределом которой, грубо говоря, стала теория поля аналогично тому, как из теории поля в нерелятивистском пределе возникает квантовая механика, в свою очередь, переходящая в классическую (при h → 0, где h – постоянная Планка).

Теоретикострунный подход связан с возможностью построения теории, описывающей одновременно гравитацию, электродинамику, сильные и слабые взаимодействия так, чтобы не возникали те трудности, с которыми физики столкнулись при квантовании полей (бесконечности, духи, тахионы). При таком описании струна содержала бы только бозонные возбуждения, и на масштабах, много больших ее длины, достигались бы обычные результаты, но на малых – взаимодействие ослабляется. Таким образом, струнное описание позволяет последовательно ввести нелокальное взаимодействие без нарушения причинности. При струнном подходе последовательная «Теория Всего» возможна только для определенного числа измерений пространства, в котором возможны струны. Например, для бозонной струны бесконечности устраняются только для 26мерного пространства (25 пространственных и 1 временная координата), но при этом возникают тахионы – возбуждения, распространяющиеся со скоростью, большей скорости света. Появление тахионов означает, согласно требованиям причинности, только то, что состояние, которое мы считаем вакуумом, на самом деле не основное, к тому же неустойчивое, и в нем с экспоненциальной скоростью должны происходить изменения, которые приведут его в основное состояние.

В соответствии с теорией суперсимметричных струн, где наряду с бозонными имеются и фермионные степени свободы, бесконечности исчезают для 10-мерного пространства, а тахионы отсутствуют. Такой результат означает, что наличие тахионов в бозонной струне связано с тем, что система не находится в основном состоянии; для того чтобы она была в нем, в ней должны возникнуть фермионные флуктуации, соответствующие суперсимметрии.

Следует отметить, что теория струн, претендуя на роль фундаментальной теории физики микромира и единой теории всех взаимодействий, до сих пор не имеет, подобно простейшим моделям квантовой механики (гармонический осциллятор, атом водорода и т.д.) или квантовой теории поля (квантовая электродинамика, теория скалярного поля), ни одного «модельного примера». Однако лишь в рамках теории струн для физиковтеоретиков появилась возможность постановки вопроса о размерности пространствавремени, решаемого динамически, а не закладываемого в теорию «руками». По сравнению с традиционной точкой зрения, квантовой теорией поля, согласно которой пространствовремя – один из незыблемых изначальных ингредиентов, такой подход является совершенно новым.

Существующие в космомикрофизике многомерные теории типа теории Калуцы – Клейна претендуют на разрешение парадоксов квантовой гравитации и основаны на использовании дополнительных измерений, компактифицированных до планковских масштабов. Герменевтика новейшей космофизики породила квантовогравитационные модели «мира на бране», являющиеся дальнейшим развитием теории струн [6], [7]. Под «браной» подразумевается протяженный объект, вообще говоря, произвольной размерности р; часто говорят о р-бране, где р – число пространственных координат. Так, частица является 0-браной, струна – 1-браной, мембрана – 2-браной, локализованные в евклидовом пространствевремени инстатоны – (–1)браной и т.д.

Эти теории построены на предположении, что дополнительные измерения могут принимать даже бесконечно большие значения и приводить к экспериментально наблюдаемым эффектам. Наиболее реалистичные модели бран строятся в контексте теории струн и матричной теории (Мтеории), которые включают в себя гравитацию и естественным образом формулируются в пространствевремени с числом измерений, большим четырех. В предложенных моделях особенную роль играют гравитоны, способные расширяться в объеме вне браны, благодаря чему они способны «чувствовать» дополнительные измерения. Так, вполне реальным становится поиск обмена виртуальными ККгравитонами (легкими гравитонами Калуцы – Клейна) на коллайдерах в диапазоне нескольких ТэВ, что может привести к богатой физике новых частиц, расположенных на бране и интенсивно взаимодействующих с обычным веществом.

Из матричной теории следует вывод, что основное состояние всех квантованных полей, обладающее низшей энергией, – физический вакуум (относительное «ничто» и потенциальное «все») – отвечает супергравитону или, точнее, супермультиплету гравитона одиннадцатимерной гравитации, бозонными полями которой являются метрика и антисимметричная 3форма. Единственным размерным параметром в такой теории является одиннадцатимерная масса Планка M_PL=M_PL⁽¹¹⁾. Следует отметить, что в отличие от традиционных идей Калуцы – Клейна включения в физическую картину мира дополнительных малых измерений, ответственных за внутренние симметрии теорий, в картине мира, следующей из М-теории, дополнительные измерения могут быть некомпактифицированными.

Одной из важнейших составляющих связи между струнами и неабелевыми калибровочными теориями являются Дирихлебраны, или Д-браны, – классические («тяжелые») объекты, которые можно представить некоторыми гиперповерхностями в пространствевремени, на которых сосредоточены концы открытых струн, движущиеся свободно в направлениях «вдоль» Д-браны, но в «поперечных» бране направлениях они жестко привязаны к ней. Основной чертой Д-бран является способность взаимодействовать испусканием и поглощением открытых струн.

Д-браны предлагают некоторый новый, чисто струнный механизм локализации векторных полей (отсутствующий в квантовой теории поля). Так, в теории с Д-бранами (точнее, в вакууме) векторные поля локализованы на их гиперповерхностях. Следует также отметить, что вакуум с Д-браной или несколькими бранами размерности р = Д – 1 можно интерпретировать как теорию с открытыми струнами во всем Дмерном пространстве. Таким образом, в Мтеории допускается существование совершенно новых нетривиальных вакуумов, где есть определенные гиперповерхности в пространствевремени, на которых могут начинаться и оканчиваться открытые струны; в то время как замкнутые струны, или гравитоны, распространяются в пространстве между бранами («балке»).

Следовательно, в матричной теории объединяется «материя» (открытые струны) и гравитация (замкнутые струны). Кроме того, в ней существует возможность установить некоторую «голографическую аналогию» между теорией материи (открытых струн) на Дбране («границе») и теорией замкнутых струн (гравитацией в балке). С позиции этой дуальности между калибровочными теориями и гравитацией можно попытаться глубже понять параллель между двумя самыми важными проблемами в современной теоретической физике – конфайнментом, или удержанием кварков в неабелевой калибровочной теории, и невылетанием материи за горизонт черной дыры.

С идеей существования гипотетического скалярного поля, находящегося в объеме вне браны и конформно связанного с нашей материей, также сопряжены попытки решить некоторые важнейшие проблемы космологической постоянной и плотности энергии физического вакуума, не решенные с позиции квантовой теории поля.

В рамках моделей бран наша Вселенная представляет собой нейтральную брану, вложенную в пустое многомерное пространство и находящуюся между двумя спонтанно возникшими заряженными бранами. Вероятность рождения такой браны (нашей Вселенной), основная часть которой в дальнейшем становится однородным трехмерным пространством в системе из трех бран, а окружающий их объем остается пустым, не будет бесконечно малой. Герменевтической моделью, в которой может быть реализована такая возможность, выступает пятимерная теория поля четырехиндексного асимметричного тензорного поля и нейтральных относительно его бран.

2 Феномен космического вакуума во Вселенной

Можно предположить, что первичный вакуум Вселенной, обладавший исключительно высокой плотностью (на множество порядков превышавшей измеренную сейчас плотность), инициировал космологическое расширение и, эволюционируя сам, породил «обычное» вещество и невакуумные формы космической энергии. Завершившись через малые доли секунды существования мира, эта эволюция оставила после себя многокомпонентную космическую среду, в которой эти два компонента оказались согласованными и симметричными по отношению друг к другу [8]. С первоначальным вакуумом имеет дело «инфляционная модель», в которой начальное вакуумное состояние мира имитируется при помощи специально вводимых для этих целей скалярных полей (обеспечивающих эффективное вакуумное уравнение состояния космической среды), способных эволюционировать в ранней Вселенной и изменять эффективную плотность вакуума [9, c. 100118]. Согласно «инфляционному сценарию», принятому большинством космологов, вначале Вселенная находилась в возбужденном состоянии вакуума («ложного» вакуума), в котором действовало космическое отталкивание огромной величины и который, как и любая возбужденная квантовая система, был неустойчивым и стремился к распаду. Космическое отталкивание в 10¹²⁰ раз превосходило силу, понадобившуюся Эйнштейну для поддержания равновесия в статической Вселенной, и оно способно было вызвать экспоненциальное расширение Вселенной – «инфляцию» [10].

Так как космическое отталкивание сходно с поведением среды с отрицательным давлением, то при ускоряющемся расширении такой среды ее энергия не уменьшается, а увеличивается, пока не достигнет к концу периода инфляции огромной величины. После завершения периода инфляции вся накопленная энергия высвобождается в одном гигантском всплеске, порождая теплоту и вещество. Далее, согласно теории «горячего» Большого взрыва, возникло вещество и антивещество, а затем, после остывания, постепенно стали «вымораживаться» все элементы Вселенной, наблюдаемые сегодня. С этого момента началось обычное расширение с положительным давлением и полная энергия вакуума вновь стала уменьшаться.

Таким образом, ложный вакуум обладает уникальными свойствами: с одной стороны, он создает огромную силу отталкивания, автоматически строго обеспечивающую возможность преодоления Вселенной собственной гравитации. А с другой – само расширение инициирует возрастание энергии вакуума. Иными словами, благодаря собственной физической природе Вселенная возбуждает в себе всю энергию, необходимую для космического будстрэпа, в результате которого Вселенная самосоздает себя – материализует свое иллюзорное существование [4, c. 209225].

Если предположить, что возникшее пространство ложного вакуума представляет собой «квантовый микропузырь десятимерного пространства», то явление инфляции можно связать со спонтанной компактификацией (сворачиванием) семи из десяти измерений, в результате чего «движущая сила» инфляции представляет собой побочный продукт взаимодействий, которые проявляются через дополнительные измерения пространства. При инфляции десятимерное пространство может эволюционировать так, что три пространственных измерения сильно разрастаются за счет семи остальных, которые, напротив, сжимаются и становятся невидимыми. Другими словами, благодаря сжатию квантового микропузыря десятимерного пространства три измерения раздуваются, образуя крупномасштабную макроскопическую структуру Вселенной, а остальные семь измерений сворачиваются в микрокосмосе, проявляясь лишь косвенно – в форме взаимодействий. Раздувание пузырей пустого пространства сопровождается выделением накопленной энергии в виде теплоты (Т = 10²⁷ К), так что каждый пузырь заполняется огнедышащей материей (файерболом). Согласно десятимерной модели пространствавремени, инфляция инициировалась возникновением суперсилы, в которой слиты все взаимодействия, образующие симметричную структуру. Этот процесс соответствует промежутку времени от 10^-43с до 10^-32 с, в конце которого произошел Большой Взрыв.

Из такого файербола по мере остывания в результате фазовых переходов и возникла вся материя. Из суперсилы отделились четыре взаимодействия – электромагнитное, гравитационное, сильное и слабое. Постепенно субатомные частицы приобретали присущие им ныне черты, а оставшиеся со времен инфляции крупномасштабные нерегулярности разрастались в галактики; горячая плазма конденсировалась в атомы, формируя звезды, планеты и в конце концов – жизнь. Таким образом, Вселенная «осознала» самое себя, а новая физика продемонстрировала заманчивую возможность научного объяснения неотъемлемых характеристик Вселенной – энергии, вещества, пространства, времени, взаимодействия, поля, структуры, упорядоченности и т.д., вводимых прежде «вручную» познающим ее субъектом с привлечением крайне специфических начальных условий, хотя они могут появиться автоматически как следствия законов физики квантового вакуума.

Согласно инфляционной модели Гута и Линде, в промежуток времени от 10^-35 с до 10^-33 с после начала инфляции Вселенная претерпевает чрезвычайно быструю фазу «раздувания», когда ее протяженность увеличивается на десятки порядков почти без изменения плотности. Механизм этого раздувания связан с поляризацией вакуума гравитационным полем или с особым фазовым переходом, обусловленным спонтанным нарушением симметрии вакуума и возникающими полями Хиггса. Нарушение симметрии вакуума равносильно «просачиванию» полей Хиггса через некоторый потенциальный барьер, когда отдельный «пузырек», или домен фазы с нарушенной симметрией, очень быстро увеличивается и может породить всю наблюдаемую нами Вселенную. Таким образом, раздувание служит основой разнообразных сценариев: с космологической сингулярностью, рождением одной Вселенной в недрах другой, мира в целом как бесконечного множества вселенных.

Так, интерпретация квантовой механики Эверетта – де Витта – Грехема [11] предполагает «ветвление» Вселенной на бесчисленное множество копий в любом акте редукции волновой функции. Иные Вселенные могут обладать совершенно иной топологией пространствавремени и другими значениями физических констант (предполагается, что существуют особые фундаментальные – метрологические законы, регламентирующие спектр их возможных значений), а на «границе» между Вселенными физическая реальность будет претерпевать качественные скачки.

Наряду с инфляционным сценарием эволюции мира, основанном на идее раздувания, существует сценарий несингулярной фридмановской космологии, устраняющий эпоху раздувания. Он связан с предположением о том, что наблюдаемая Вселенная вначале была вакуумоподобной, но неустойчивой по отношению к фазовому переходу, вовлекающему обычную нелоренцинвариантную среду в космологическое расширение, которая с ростом плотности переходит к состоянию инерциального фридмановского разлета. Эта модель снимает, в частности, проблему космологической сингулярности и существования «фауны» «еретических» частиц (например, монополей) [12].

Недавние астрономические наблюдательные исследования далеких вспышек сверхновых звезд [13], [14] указывают на присутствие во Вселенной космического вакуума, плотность энергии которого превышает плотность всех других скрытых форм космической энергии, вместе взятых (темного вещества, светящегося вещества звезд и галактик, излучения или ультрарелятивистской среды). Вакуум создает антигравитационное поле, вызывающее ускорение космологического расширения, что и было обнаружено в наблюдениях за убыванием яркости сверхновых звезд с расстоянием.

Заметим, что космический вакуум присутствует повсюду и фигурирует в атомной физике и микрофизике, представляя собой наинизшее энергетическое состояние квантованных полей всех частиц и античастиц. Это тот самый физический вакуум, который проявляется экспериментально, например, в лэмбовском сдвиге спектральных линий атомов и в эффекте Казимира, в котором разыгрываются взаимодействия элементарных частиц [1, с. 116118].

Для физического вакуума характерна несопротивляемость равномерному движению, что следует из стабильно устойчивого состояния макрообъектов и из фиксированного взаимоположения в течение продолжительного времени. Например, установлено, что возраст некоторых земных пород и метеоритов составляет (3,8 – 4,7)·10⁹ лет, и за все это время движение электронов вокруг ядер атомов, составляющих кристаллическую решетку минералов в этих породах, происходит по неизменным орбитам без замедления скорости их обращения. Кроме того, из результатов астрономических исследований нам известно, что свет от самых далеких галактик и квазаров приходит к нам за время, оцениваемое в миллионы световых лет. Если бы вакуум заметным образом поглощал свет, то такие астрономические наблюдения были бы невозможны.

Вакуум не может служить системой отсчета: движение и покой относительно вакуума неразличимы, в любой системе отсчета он один и тот же; не существует прибора, который измерял бы свою скорость движения относительно вакуума, вернее, она тождественно равна нулю. Третий закон Ньютона – «действие равно противодействию» – на него не распространяется, а воздействуя на все тела природы своей антигравитацией, он сам никакому обратному гравитационному воздействию этих тел не поддается. Его пассивная гравитационная и инерционная массы равны нулю, а активная гравитационная масса не равна нулю. Правда, это относится к случаям, когда гравитационные и все другие поля вообще являются слабыми; в сильных электромагнитных и гравитационных полях возможна поляризация вакуума, рождающая пары частиц и ряд других эффектов, в которых локальные свойства вакуума претерпевают изменения. Вакуум обладает не только определенной плотностью энергии, но также и отрицательным давлением, которые связаны соотношением p_B=-p_B.

Такое уравнение совместимо с определением вакуума как формы энергии со всюду и всегда постоянной плотностью, независимо от системы отсчета [11], что принципиально отличает его от всех других форм космической энергии, плотность которых неоднородна в пространстве, уменьшается со временем в ходе космологического расширения и в разных системах отсчета принимает разные значения.

Обнаруженная в астрономических наблюдениях последних лет плотность вакуума (выраженная через планковскую массу M_PL) оказалась равной величине p_B=2·10^-123M_PL⁴, для которой нет подходящего энергетического масштаба в физике микромира. Как известно, плотность вакуума, появившегося в космологии в связи с эйнштейновской космологической постоянной Λ, выражается через ее значение следующим образом: p_B=Λ/8πG , если использовать систему единиц, в которой скорость света с = 1, а G – ньютоновская гравитационная постоянная. Эйнштейн ввел космологическую постоянную для описания антигравитации, которой можно уравновесить гравитацию вещества Вселенной и обеспечить статичность самой Вселенной. Интерес к моделям Эйнштейна и де Ситтера (где вовсе нет вещества, а имеется только вакуум), к космологической постоянной и к космическому вакууму периодически то исчезал, то вновь возникал в космологии, что достаточно полно освещено в известных научных публикациях.

Согласно фридмановской теории, тяготение создается не только плотностью среды, но и ее давлением. По этой причине вакуум вызывает антигравитацию, то есть его эффективная гравитирующая энергия отрицательна при положительной плотности. В работах Глинера выдвинута разумная гипотеза о физической причине космологического расширения Вселенной, согласно которой расширение вещества обязано своим происхождением антигравитации космологического вакуума, а появление самого вещества явилось результатом квантовых флуктуаций вакуума.

Наблюдаемые данные о сверхновых звездах позволили определить относительные плотности всех форм космической энергии [15, с. 11701172]: вакуума (Ω_B), темного вещества (Ω_T), светящегося вещества звезд и галактик (Ω_C) и ультрарелятивистской среды (Ω_Y). Они оказались следующими: Ω_B=0,7±0,1; Ω_T=0,3±0,1; Ω_C=0,02±0,01; Ω_Y=0,8·10^-5α, где постоянный множитель 1<α<10-30 учитывает вклад нейтрино, гравитонов и других возможных ультрарелятивистских частиц и полей космологического происхождения, добавочный к хорошо измеренному вкладу реликтового излучения. Приведенные значения относительных плотностей различных компонентов космологической среды совместимы как с открытой и плоской, так и с закрытой космологическими моделями. Плоской модели соответствует соотношение Ω=Ω_B+Ω_T+Ω_C+Ω_Y=1, в открытой эта сумма меньше единицы, а в закрытой – больше единицы.

Сравнивая между собой значения относительных плотностей всех форм космической энергии, можно отметить их близость по порядку величины, что составляет содержание проблемы «космических совпадений» в космологии. Ввиду того, что плотность вакуума остается постоянной во времени, а три другие убывают при расширении Вселенной, совпадение плотностей является временным явлением, характерным для современной эпохи. В другие эпохи такое явление не наблюдалось, например, в ранней Вселенной при возрасте мира ~ 1 с плотности барионов и релятивистской энергии были соответственно в ~ 10³⁰ и в ~ 10⁴⁰ раз больше плотности вакуума.

Другой важнейшей проблемой космофизики является природа вакуумной энергии. Если в качестве модели физических полей рассмотреть ансамбль квантовых осцилляторов и суммировать энергию «нулевых колебаний» (из которых складывается нулевая энергия наинизшего энергетического состояния квантованных полей) по всем возможным частотам вплоть до бесконечности, то результатом будет бесконечная плотность энергии вакуума. Во избежание таких расходимостей прибегают к ограничению диапазона частот сверху на некотором значении частоты, принимаемом за предельное. Так, можно положить, что предельной частоте будет соответствовать энергетический масштаб кварк-адронных процессов M_KA (то есть ω_KA~10^-12M_KA=10^-31M_PL). Это будет означать, что за физику космического вакуума ответственны процессы при сверхнизких энергиях. Тогда предельной частоте ω_KA будет отвечать длина волны λ_KA, составляющая приблизительно 1 мм. Эта величина будет очень малой по сравнению с основной космологической длиной, равной ~ 10²⁸см (но сравнимой с привычными человеческими мерками).

Обратившись к физике электрослабых процессов в ранней Вселенной при возрасте мира t ~ 10^-12с, можно убедиться, что текущий горизонт событий был близок к характерной длине волны λ_KA~ 1 мм. Вполне возможно, что именно в этот период космическая температура упала до энергии электрослабых процессов, и произошел фазовый переход в состоянии исходного вакуума, определивший современное значение его плотности.

Существуют и другие подходы, приводящие к сокращению плотности вакуума с планковского значения до реального, например модель с тремя вкладами в плотность вакуума: от нулевых колебаний, от пространственной кривизны (низкие энергии) и от конденсата нейтральных бозонов (высокие энергии), а также активно развивается новейшая квантовогравитационная модель «мира на бране».

Астрофизикой выявлена роль космического вакуума во фридмановской космологии расширяющейся Вселенной [15, с. 11551159]. Оказалось, что на ранних этапах космического расширения при малом значении величины a(t) (формально а → 0), выступающей в роли масштабного фактора (пропорционально которому изменяются все расстояния в расширяющемся мире), влияние вакуума несущественно. Этот этап соответствует динамическому доминированию обычного вещества и излучения, тяготение которых создает отрицательное ускорение, и на ранних этапах эволюции происходит космологическое расширение с замедлением (в параболическом режиме). При больших временах (формально а → ) рано или поздно наступает этап динамического преобладания вакуума, когда тяготением вакуумных компонент космологической среды можно пренебречь. Так как вакуум с положительной плотностью создает эффективную антигравитацию, ускорение ä оказывается положительным и космическое расширение становится ускоряющимся во времени и продолжается неограниченно долго (для закрытой, плоской и открытой моделей мира). Этому этапу соответствует временной промежуток t>t_B=7-8 млрд лет, где t_B – момент времени, в который ускорение ä обращается в нуль.

Вторым важнейшим аспектом современной стандартной космологической модели мира является его геометрия [15, с. 11591165]. Если принять реальным экспоненциальный закон космологического расширения, что соответствует динамическому доминированию вакуума, то решение Фридмана, как известно, превращается в решение де Ситтера, описывающее пространствовремя как статичное: оно обладает не зависящими от времени 4инвариантами. Действительно, мир, заполненный вакуумной энергией с постоянной и неизменной во времени и пространстве плотностью, сам должен быть однородным в пространстве и неизменным во времени – этот мир вечен, неизменен и идеально симметричен по своим геометрическим свойствам и в нем все события (четырехмерные точки) неразличимы. При таких условиях интервал де Ситтера (имеющий различные формы записи) дает геометрию четырехмерного пространствавремени постоянной кривизны (римановой), принимающей положительное значение при положительном значении плотности вакуума.

Четырехмерное пространствовремя постоянной кривизны представляет собой некую «сферу», сильно отличающуюся (по сигнатуре метрики) от своих аналогов (двумерного и трехмерного), причем ненулевая кривизна реального четырехмерного мира довольно точно измерена: К ~ 10^-56см^-2, и она наряду с плотностью вакуума является главной константой в космологии. Этой кривизне соответствует основная космологическая длина, равная K^-1/2~ 10²⁸см, и отвечающие ей время, равное ~ 10 млрд лет, и масса, составляющая ~ 10⁵⁵ г, из которых можно составить «космическую» систему единиц.

К настоящему времени стали доступны астрономическим наблюдениям галактики, находящиеся от нас на расстояниях глобальных космологических масштабов (соответствующих тысячам мегапарсек), что позволило с высокой степенью надежности установить линейный (в духе изотропных фридмановских моделей) закон их расширения. Оказалось, что постоянная Хаббла для этих расстояний имеет практически то же самое численное значение, что и в локальном объеме до расстояний 1,5 – 2 Мпс от нас. Это означает, что картина расширения выглядит как глобальный космологический поток, сохраняющий всюду свою кинематическую идентичность, который начинается прямо вблизи нас и продолжается до горизонта мира.

Кроме того, данные наблюдений позволили установить тот факт, что регулярная кинематика галактик в местном (локальном) объеме, включающем в основном массы нашей Галактики и туманности Андромеды плюс массу темной материи, превышающую последнюю раз в 10 и заполняющую массивные гало этих двух галактик, имеет мало общего с их пространственным распределением, сильно неоднородным и нерегулярным. Таким образом, наблюдательная кинематика галактик оказалась связанной с динамикой, не зависящей от распределения их масс. Это приводит к мысли о том, что противоречие между крайне нерегулярным распределением невакуумных форм энергии в местном объеме и регулярной кинематикой галактик в нем может быть снято за счет представлений о доминировании вакуума (с его идеально однородной плотностью) в динамике местного объема. Другими словами, возникает картина движения галактик хаббловского потока как пробных частиц (начиная с расстояния в несколько Мпс) на идеально регулярном фоне вакуума, разгоняющего их. По всей вероятности, доминирование вакуума на всем интервале масштабов (от нескольких Мпс до самых больших расстояний в мире галактик) с его всюду одинаковой плотностью делает вполне объяснимым везде одинаковый темп космологического расширения, характеризуемый постоянной Хаббла, которая определяется только плотностью вакуума.

Следует заметить, что наблюдаемые свойства местного объема – регулярность хаббловского расширения, сильная неоднородность плотности вещества, общее сносовое течение – не могут быть объяснены также и наличием реликтового излучения. Последнее практически идеально однородно, изотропно и термодинамически равновесно, но только в системе отсчета, связанной с ним самим (всегда можно установить скорость радиометра относительно реликтового фона). Лишь наличие космологического вакуума во Вселенной, обладающего антигравитацией, не могущего служить системой отсчета и действующего своей антигравитацией на галактики в местном объеме точно так же, как если бы он сам двигался вместе с его центром масс, объясняет совместимость приведенных выше свойств локального объема.

Рассмотренный выше астрономический феномен космического вакуума позволяет любому локальному объему Вселенной расширяться как отдельной маленькой вселенной внутри всей большой Вселенной с ее глобальным хаббловским потоком. Подводя итог, можно констатировать тот факт, что объективные наблюдательные астрономические исследования последних лет, подтвердившие наличие во Вселенной физического вакуума, сделали понастоящему ясным реальный физический смысл глобального космологического расширения Вселенной, открытого Хабблом.

Использование новейших наблюдательных исследований далеких вспышек сверхновых звезд позволило найти относительные плотности четырех компонент космологической среды и, зная их, вычислить значения четырех фридмановских интегралов (основных космологических констант), служащих «начальными условиями»; с точки зрения физики они определяются реальными физическими условиями в ранней Вселенной на стадии генерации наблюдаемых форм космической энергии. Сопоставление значений фридмановских интегралов позволило выявить их близость, что стало одной из существенных и неизменных черт эволюционирующей Вселенной и выявило роль физического вакуума в общем ряду форм космической энергии (барионной, темной, релятивистской, вакуумной) [15, с. 11731175].

Приближенное равенство фридмановских интегралов означает, скорее всего, существование симметрии особого рода (имеющей не временный и не случайный характер), объединяющей известные формы космической энергии и сопоставляющей их друг с другом. Такая симметрия связана с самой физической природой космической энергии. Таким образом, выявленная симметрия нового типа в космологии между вакуумом и невакуумными формами космической энергии в пространстве фридмановских интегралов – одно из следствий свершившейся совсем недавно революции в космологии.

3 Современные представления о Вселенной

Благодаря герменевтической инфляционносценарной и многомерной стратегии в нашем мировоззрении произошли огромные изменения. Действительно, совсем недавно мы были уверены в том, что вся Вселенная, обязательно четырехмерная во всех областях, сразу родилась в момент Великого взрыва примерно 10 – 15 млрд лет тому назад и не превышает конечный размер наблюдаемой части Вселенной. Кроме того, единственная возможность возникновения жизни, в нашем представлении, лежала во временном диапазоне между коллапсом Вселенной и наличием бесконечно пустого пространства. Новая многомерная стратегия более оптимистична относительно появления и познания Вселенной, а также относительно ее дальнейшей судьбы: она существовала и будет существовать вечно, бесконечно порождая все новые и новые экспоненциально большие области. Эффективная размерность пространствавремени и законы низкоэнергетического взаимодействия элементарных частиц в таких областях могут быть не только различными, но и антропными. Не зная, возможна ли бесконечная эволюция жизни в каждой из таких областей, мы теперь уверены, что жизнь рождается во всем многообразии форм и видов во всей Вселенной. Такие представления о глобальной структуре Вселенной и нашем месте в ней являются следствием инфляционного сценария рождения Вселенной из «ничто» – физического вакуума, согласно которому различные наблюдатели в различных частях Вселенной могут наблюдать различные вариации его эволюции.

Открытие космического вакуума влечет за собой коренной пересмотр устоявшихся представлений о современном состоянии Вселенной. В ходе накопления астрофизических данных в космологической науке произошел резкий скачок в понимании фундаментальных физических закономерностей, господствующих в мироздании, который, по сути дела, привел к космологической революции наших дней, сравнимой с открытием реликтового излучения в 1965 году. Новые конкретные знания о природе привели к совершенно новому пониманию того, что представляет собой современная Вселенная.

Оказалось, что во Вселенной господствует космический вакуум, но ни его собственная антигравитация, ни галактики, с ускорением разбегающиеся друг от друга под воздействием ее, ни даже само время не способны воздействовать на вакуум: он абсолютно неподвижен, неизменен и вечен. Мир космического вакуума вплотную подступает к нашей непосредственной области обитания – к Местной группе галактик, в которой наша Галактика, Млечный Путь, соседствует с туманностью Андромеды. Хаббловский поток разбегания галактик, управляемый антигравитацией космического вакуума, берет свое начало с расстояния всего в несколько мегапарсек от нас и продолжается к горизонту наблюдений, к расстояниям в тысячи мегапарсек. При этом единый темп движения, кинематическая идентичность разбегания, задаваемые вакуумом с его одинаковой в пространстве и во времени плотностью, всюду сохраняются.

Прежде считалось, что вся история космологического расширения – это история его затухания после первоначального «Большого взрыва». Сейчас, согласно исследованиям астрономовнаблюдателей, стало совершенно очевидно, что динамика расширения в нашу эпоху перешла от стадии замедления к новой стадии ускорения, и это произвело огромное впечатление на физиков и астрономов. Этот переход сопряжен с различной динамической ролью вакуума на разных этапах космологического расширения: чем сильнее разгоняется космологическое расширение под воздействием антигравитирующего вакуума, тем ближе наш четырехмерный мир к абсолютной статике, неизменности и полному покою. Можно сказать, что пространственновременной каркас мира застывает, перестает изменяться со временем и оказывается зафиксированным навечно. Таков самый важный динамический и геометрический эффект вакуума в космологии, благодаря которому мы неожиданно осознали, что живем в четырехмерном пространствевремени, недавно завершившем свою космическую эволюцию, достигнув идеально регулярного, геометрически симметричного состояния, которое будет длиться неограниченно долго.

На основании вышеизложенного традиционный вопрос о том, является ли реальная космическая модель плоской, открытой или закрытой, теряет свою прежнюю остроту. Теперь стало ясно, что судьба мира – будет ли он расширяться вечно или его наблюдаемое расширение сменится в будущем сжатием – не зависит от выбора между тремя возможными моделями трехмерной геометрии, так как в любой из этих моделей космологическое расширение происходит неограниченно долго. Трехмерные пространства (согласно трем моделям) могут быть выделены из единого четырехмерного пространствавремени тремя различными способами в зависимости от типа кривизны (нулевой или ненулевой).

Следует отметить, что физики и космологи в своих теоретических построениях вынуждены вводить герменевтический субъект (для снятия «парадокса наблюдателя»). Так, в квантовой инфляционной космологии (в границах копенгагенской интерпретации) возникает коллизия, связанная с тем, что наблюдатель фактом своего существования как будто бы совершает редукцию полной волновой функции Вселенной к той ее части, которая описывает наблюдаемый им мир. Другими словами, он выступает не как пассивный наблюдатель, а как участник сотворения Вселенной (макроскопический наблюдатель с часами). Это означает, что Вселенная существует (в определенном смысле) сама по себе, хотя о ее существовании во времени можно говорить лишь после квазиклассической эволюции ее части, оставшейся после отделения от нее макроскопического наблюдателя. Эта ситуация напоминает подбарьерное туннелирование, причем волновая функция, описывающая этот процесс, дает амплитуду вероятности найти частицу в реальном времени только в области за барьером.

Существующая в квантовой космофизике «многомировая интерпретация» квантовых процессов снимает парадокс наблюдателя, вызванный использованием гипотезы о редукции волновой функции в момент измерения. Действительно, волновая функция в соответствии с многомировой интерпретацией одновременно описывает все возможные типы миров и наблюдателей, в них живущих. В таком случае наблюдатель, производя измерения, лишь уточняет, кто он и в какой из Вселенных пребывает.

Теория инфляции предлагает одно из возможных научных объяснений загадки рождения Вселенной, и она поколебала многовековую уверенность человечества в невозможности рождения «нечто из ничто». Сегодня мы можем утверждать, что из «ничто» произошло все, а вакуумноэнергетическая концепция космического самовозбуждения или «causa sui» Вселенной становится фундаментом суперобъединения. Иначе говоря, физикоматематическая рациональность «НИЧТО – ВСЕ СУЩЕЕ» отображает единство Вселенной как единство материи – энергии, наделенной теми или иными симметриями Вселенной и характеризуемой численными значениями фундаментальных постоянных, а пространствовремя, частицы и поля – всего лишь различные проявления их единства.

Современная космология, подкрепленная новейшими астрономическими наблюдательными исследованиями далеких вспышек сверхновых звезд, и «новая физика» – частицы и взаимодействия за пределами Стандартной Модели – находятся на пороге очень интересного этапа своего развития. В обозримом будущем можно надеяться на подтверждение инфляционной теории и измерение параметров инфлатонного поля, выяснение природы небарионной темной материи и барионной асимметрии Вселенной. Нас ожидает подтверждение нейтринных осцилляций и измерение их параметров, открытие механизма нарушения электрослабых симметрий и генерации масс частиц, надежное измерение современного значения космологической постоянной – проблемы, связанной с определением плотности энергии вакуума, и решение многих других проблем. Несомненно, что взаимовлияние космологии, микро и макрофизики является ускорителем интенсивного развития фундаментальной физики [16].

Можно сказать, что каждый шаг современной космофизики – это ответ на жгучие проблемы познания, мировоззрения, места человека во Вселенной, это новый герменевтический дискурс о смысле бытия, о понимании реального мира и всего того, что в нем происходит. Герменевтическое понижение статуса «вселенского» субъекта до ранга локального действия в многомировой интерпретации делает вероятными все возможные типы Вселенных и наблюдателей в них. Присутствие субъекта наблюдения, таким образом, становится необходимым атрибутом осмысления и понимания эволюции мироздания.

По этой причине современная мировоззренческая ситуация характеризуется тем, что на смену конфронтационной логике мышления, оказавшейся неспособной адекватно отобразить реальный мир и составить целостное представление о нем при помощи дихотомических парных категорий, приходит новая познавательная стратегия многомерного философского мышления. В виртуальнопотенциальном мире физического вакуума, динамически доминирующего в нашем мире в современную эпоху экспоненциального расширения, на смену физической причинности приходит импликативный тип связи, характерный для систем, обладающих фундаментальным свойством целостности и полным набором потенциальных возможностей.

Полагая, что многозначная «квантовая логика» (классическая логика, дополненная принципом суперпозиции), отказавшаяся от запрета исключения третьего, как нельзя лучше отображает парадоксальные свойства физического вакуума, можно предложить использование симметричных лингвистических конструкций типа «А ↔ антиА» для исследования объектов реального мира. Это позволит репрезентировать нашу Вселенную как структуру, обладающую неограниченным спектром существования видов материи – от актуального до виртуальнопотенциального, включая общественные и духовные феномены, связанные с наличием в ней познающих субъектов.

ЛИТЕРАТУРА
1. Журавлев В.И. Теоретиковакуумная парадигма миропонимания // Практична філософія. – 2003. – № 3.
2. Лук’янець В.С., Кравченко О.М., Озадовська Л.В. та ін. Светоглядні імплікації науки. – К.: Видво ПАРАПАН, 2004.
3. Линде А.Д. Физика элементарных частиц и инфляционная космология. – М.: Наука, 1990. – 280 с.
4. Девис П. Суперсила. Поиск единой теории поля. – М.: Мир, 1989. – 272 с.
5. Рубаков В.А. Физика частиц и космология: состояние и надежды // Усп. физ. наук. – 1999. – Т. 169, № 12. –С. 12991312.
6. Бринк Л., Энно М. Принципы теории струн. – М.: Наука, 1991.
7. Маршаков А.В. Теория струн или теория поля? // Усп. физ. наук. – 2002. – Т. 172, № 9. – С. 9851007.
8. Вайнберг С. За рубежом первых трех минут // Усп. физ. наук. – 1981. – Т. 137. – С. 333355.
9. Долгов А.Д., Зельдович Я.Б., Сажин М.В. Космология ранней Вселенной.– М.: Наука, 1988.
10. Guth A.H., Stainhart P.J. The Inflationary Universe // Sci. Amer. – 1984. – Vol. 250, № 5. – P. 116128.
11. De Witt B.S., Graham (Eds). The Many – Worlds Interpretation of Quantum Mechanics. – Princeton, N.J.: Princeton University Press, 1973.
12. Глинер Э.Б., Дымникова И.Г. Несингулярная фридмановская космология // Усп. физ. наук. – 2002. – Т. 172, № 2. – С. 227228.
13. Riess A. et al. // Astron. J. – 1998. – Vol. 116. – P. 1009.
14. Perlmutter. S. et al. // Astrophys. – 1999. – Vol. 517. – P. 565.
15. Чернин А.Д. Космический вакуум // Усп. физ. наук. – 2001. – Т. 171, № 11. – С. 11531175.
16. Гинзбург В.Л. О некоторых успехах физики и астрономии за последние три года // Усп. физ. наук. –2002. – Т. 172, № 2. – С. 213219.

У даній роботі автор, використовуючи герменевтичну інфляційносценарну багатовимірну стратегію, обумовлену існуванням у природі космічного вакууму з його антигравітацією, здійснює побудову картини еволюції Всесвіту, що дозволяє докорінно переглянути сталі уявлення про її сучасний стан.

The author gives us the structure of Universe’s evolution making use of germinative inflationary – scenic multidimensional strategy which is caused by the space vacuum existence in nature. The article gives the reader an opportunity to revise our notion absent the universe.