L'univers est sorti de rien avec zéro énergie. Est-ce que quelque chose est sorti de rien ? Et b) donc les impressions sensorielles ne sont pas fiables

Les trois philosophes milésiens pensaient qu’il devait y avoir une – et une seule – substance première à partir de laquelle toutes choses étaient créées. Mais comment une substance peut-elle soudainement se transformer en quelque chose de complètement différent ? Appelons ce problème problème du changement.

Au tournant des VI-V siècles avant JC. e. V colonie grecque Elea, dans le sud de l'Italie, a vécu plusieurs philosophes qui se demandaient questions similaires. Le plus célèbre d'entre eux était Parménide(vers 540-480 avant JC).

Parménide affirmait que tout ce qui existe a toujours existé. Cette idée était très populaire parmi les Grecs. Ils étaient presque convaincus de l’éternité de tout sur terre. Rien ne peut naître de rien, disait Parménide, et de même, tout ce qui existe déjà ne peut devenir néant.

Bien entendu, Parménide s’est rendu compte que tout dans la nature est en constante évolution. Avec des sentiments il a noté le changement dans les choses, mais cela contredit ce qu'on lui a dit intelligence. Contraint de choisir entre s’appuyer sur les sentiments ou sur la raison, il a choisi la raison.

Nous connaissons l’expression : « Je ne le croirai que lorsque je le verrai de mes propres yeux ». Mais Parménide n’en croyait pas ses propres yeux. Il croyait que les sentiments nous donnent une fausse image du monde, une image qui ne coïncide pas avec une existence concevable. Il considérait que sa tâche en tant que philosophe consistait à dénoncer toutes sortes de « tromperies des sens ».

Une foi aussi forte dans la raison humaine s'appelle rationalisme. Le rationaliste reconnaît la raison comme la seule source de connaissance humaine de la réalité.

TOUT COUPE

A vécu à la même époque que Parménide Héraclite(vers 540-480 avant JC) de la ville d’Éphèse en Asie Mineure. Il vient de soutenir que la propriété fondamentale de la nature est le changement constant. Apparemment, on peut dire qu'Héraclite s'est davantage appuyé sur ses sentiments que Parménide.

« Tout coule », disait Héraclite. Tout est en mouvement, rien n’est éternel, donc « on ne peut pas se jeter deux fois dans le même fleuve ». Après tout, lorsque j’entre dans la rivière pour la deuxième fois, la rivière et moi sommes déjà différents.

Héraclite a souligné qu’il y a une place dans le monde pour le bien et pour le mal. Sans l’interaction continue entre les opposés, le monde cesserait tout simplement d’exister.

« Dieu est jour-nuit, hiver-été, guerre-paix, satiété-faim », disait Héraclite. Il utilise le mot « dieu », mais, sans aucun doute, il ne désigne pas du tout les dieux évoqués dans les mythes. Pour Héraclite, Dieu – ou le divin – est quelque chose qui embrasse toute l’existence. Dieu est ce qui se manifeste dans la nature, changeante et empreinte de contradictions.

Au lieu du mot « dieu », ce philosophe utilise souvent mot grec« logos », qui signifie « esprit » ou « parole », « parole ». Même si nous, les humains, ne pensons pas toujours de la même manière et que nos conceptions de la raison diffèrent, il existe une certaine « raison mondiale » qui contrôle tout ce qui se passe dans la nature, croyait Héraclite. Cette « raison mondiale » ou « loi de la nature » est universelle et chacun est obligé de l’écouter. Cependant, selon Héraclite, la majorité préfère s'en remettre à elle-même. bon sens. Il n'aimait pas trop ses frères du tout. « Les opinions de la plupart des gens sont comme un jeu d’enfant », a-t-il soutenu.

Ainsi, au milieu de tous les changements et des contraires régnant dans la nature, Héraclite voyait une certaine unité, une certaine communauté. Il a appelé cette communauté sur laquelle tout repose « dieu » ou « logos ».

QUATRE SUBSTANCES

Parménide et Héraclite préconisaient en fait points de vue opposés. Depuis raison Parménide a clairement indiqué que rien ne peut changer. Depuis expérience sensorielle Héraclite a compris autre chose : que des changements se produisent constamment dans la nature. Lequel avait raison ? Faut-il se fier à ce qui nous dit intelligence, ou vaut-il mieux écouter sentiments?

Parménide et Héraclite avancent deux positions.

Parménide enseigne :

A) rien ne peut changer

Et b) donc les impressions sensorielles ne sont pas fiables.

Héraclite, au contraire, déclare :

A) tout change (« tout coule »)

Et b) les impressions sensorielles sont assez fiables.

Difficile d’imaginer une divergence d’opinion plus sérieuse ! Cependant, le philosophe sicilien Empédocle(vers 494-434 avant JC) réussit à trouver une issue à la situation confuse dans laquelle se trouvaient ses prédécesseurs. Il soutenait que Parménide et Héraclite avaient tous deux raison sur un point et tort sur un autre.

Selon Empédocle, le grave désaccord s'explique par le fait que les philosophes partaient de l'existence d'une seule substance primaire. Si leurs opinions étaient vraies, l’écart entre les arguments de la raison et ce que nous « voyons de nos propres yeux » serait insurmontable.

Naturellement, l’eau ne peut se transformer ni en poisson ni en papillon. Elle n'est pas du tout capable de changer. L’eau elle-même reste pour toujours de l’eau. Ainsi, la déclaration de Parménide selon laquelle « rien ne change » est vraie.

Dans le même temps, Empédocle était d’accord avec la deuxième affirmation d’Héraclite : oui, nous devrions nous fier aux sentiments. Une personne doit faire confiance à ses yeux, et ils indiquent des changements continus dans la nature.

Empédocle est arrivé à la conclusion qu'il était nécessaire d'abandonner la thèse sur l'existence d'un premier principe. Ni l'eau ni l'air ne peuvent par eux-mêmes Transforme-toi en papillon ou en rosier, alors parle d'une chose substance originale pour tout dans le monde, ce n'est pas nécessaire.

Selon Empédocle, il existe quatre substances primaires dans la nature, ou, comme il les appelait, des « racines ». Ces quatre racines sont terre, air, feu Et eau.

Tous les changements proviennent du mélange puis de la séparation de ces quatre éléments. Après tout, tout est constitué de terre, d’air, de feu et d’eau, mélangés dans des proportions différentes. Lorsqu'une fleur ou un animal meurt, les quatre substances primaires se désintègrent. Ce changement est perceptible à l'œil nu. Cependant, la terre et l'air, le feu et l'eau restent inchangés, ou « non affectés » par le mélange. Cela signifie qu’on ne peut pas dire que « tout » change. En fait, rien ne change. Il y a simplement une fusion des quatre éléments et leur décomposition pour une unification ultérieure.

Une comparaison avec un artiste convient ici. S'il ne dispose que d'une seule couleur (par exemple le rouge), il n'est pas capable de représenter des arbres verts. S'il a du jaune, du rouge et couleurs bleues– des centaines de nuances différentes s'offrent à lui, puisqu'il peut mélanger des peintures dans des proportions différentes.

La même chose peut être facilement démontrée en utilisant la nourriture comme exemple. Si je n’ai d’autres ingrédients que la farine, seul un sorcier peut faire un gâteau. Mais si j’ai en plus des œufs, du lait et du sucre, je peux faire autant de gâteaux différents que je le souhaite.

Ce n’est pas un hasard si Empédocle s’est concentré sur ces quatre « racines » de la nature : la terre, l’air, le feu et l’eau. Ses prédécesseurs avaient déjà tenté de prouver que le premier principe était soit l'eau, soit l'air, soit le feu. Comme l'eau et l'air éléments importants l'existence a été soulignée par Thalès et Anaximène. Les Grecs croyaient aussi au rôle primordial du feu. Ils comprenaient, par exemple, l’importance du soleil pour toute vie sur terre et, naturellement, connaissaient la chaleur maintenue dans le corps des personnes et des animaux.

Empédocle a probablement observé la combustion du bois. Lors de la combustion, les éléments sont séparés. On entend le bois craquer et siffler. C'est "l'eau". Quelque chose s’élève sous forme de fumée. C'est "l'air". Il n’y a rien à dire sur le « feu », c’est visible. Et quand le feu s’éteindra, il restera une poignée de cendres. C'est la "terre".

Même après qu'Empédocle ait souligné que les changements dans la nature sont associés à l'union et à la séparation des quatre racines, certaines questions restent floues. Qu'est-ce qui détermine la composition des substances dont il est né ? nouvelle vie? Et pourquoi un « mélange », par exemple une fleur, se décompose-t-il à nouveau en ses composants ?

• Traduction

« La question de l’être est la plus sombre de toute philosophie. » Ainsi a conclu William James, réfléchissant au mystère le plus fondamental : comment quelque chose est-il né de rien ? Cette question est exaspérante, a décidé James, car elle nécessite une explication, niant la possibilité même de son existence. « Il n’existe pas de pont logique pour passer du néant à l’être », écrit-il.

En science, les explications reposent sur la cause et l’effet. Mais si rien n’est vraiment rien, cela n’a aucune possibilité de devenir une cause. Ce n'est pas que nous ne pouvons pas trouver explication correcte– simplement face à « rien », l’explication ne fonctionne pas.

Ce refus frappe là où ça fait mal. Nous sommes des créatures qui aiment les histoires. Nos concepts les plus simples naissent à travers des histoires, et la façon dont quelque chose est sorti de rien est la plus histoire principale, un conte préhistorique plus fondamental que le voyage du héros ou que le garçon rencontre la fille. Mais cette histoire mine le sens de l’histoire. Cette histoire est tissée d’autodestruction et de paradoxe.

Et comment pourrait-elle ne pas être comme ça ? Son personnage principal est Rien. Un mot paradoxal par son existence même sous la forme d'un mot. C'est un nom, une chose, et pourtant ce n'est pas une chose. Dès qu’on l’imagine ou qu’on le nomme, on détruit son vide en entachant son sens. On se demande : est-ce un problème de « rien » ou est-ce notre problème ? Cosmique ou linguistique ? Existentiel ou psychologique ? Paradoxe de la physique ou de la pensée ?

Il convient toutefois de rappeler que la solution au paradoxe réside dans la question et non dans la réponse. Il doit y avoir un problème quelque part, une fausse hypothèse, une fausse identité. Dans ce question courte"Comment quelque chose est-il né de rien ?" Il y a peu d'endroits où se cacher. C'est peut-être pour cette raison que nous revenons constamment à d'anciennes idées dans une nouvelle coquille, en jouant sur le chemin du développement de la science avec une fugue ou une variation d'un thème. À chaque passage, nous essayons de poser une autre pierre pour traverser la rivière, prolongeant ainsi l'insaisissable pont James.

La plus ancienne des pierres : si vous ne parvenez pas à tirer quelque chose de rien, essayez de rendre le rien aussi vide. Les anciens Grecs croyaient que l’espace vide était rempli d’une substance, l’éther. Aristote considérait l'éther comme le cinquième élément immuable, plus parfait que la terre, l'air, le feu et l'eau. « Rien » contredit la physique aristotélicienne, qui affirmait que les corps tombent ou s'élèvent selon leur bon endroit dans le cours naturel des choses. Rien ne doit être parfaitement symétrique, se ressembler sous tous les angles, éliminant ainsi la signification des directions spatiales absolues du « haut » et du « bas ». L'éther, selon Aristote, pourrait servir de boussole cosmique, de système de référence de base par rapport auquel tout mouvement pourrait être mesuré. Pour ceux qui détestaient le vide, l’éther l’a banni.

L'éther ancien a existé pendant des milliers d'années jusqu'à ce qu'il soit réinterprété en fin XIX des siècles de physique, par exemple James Clerk Maxwell, qui a découvert que la lumière se comporte comme une onde, se déplaçant toujours à la même vitesse. Mais qu'est-ce qui l'inquiétait et par rapport à quelle vitesse était mesurée ? L’éther était une réponse pratique, fournissant à la fois un médium et un cadre de référence. Mais lorsqu'Albert Michelson et Edward Morley décidèrent de mesurer le mouvement de la Terre grâce au « vent d'éther » en 1887, ils ne détectèrent pas ce dernier. Et bientôt Einstein théorie spéciale la relativité a enfoncé le dernier clou dans le cercueil de l’éther.

Pendant des décennies, nous avons considéré l’éther comme une curiosité historique, une régression. Mais le tuer s’est avéré plus difficile que nous le pensions. On l'observe aujourd'hui sous une autre forme : le champ de Higgs, pénétrant le vide de l'espace vide, excité par le fameux boson de Higgs. Il s’agit d’un champ scalaire, le seul représentant de ce type confirmé expérimentalement. Cela signifie qu'en chaque point de l'espace, il a une valeur unique (contrairement au champ qui décrit la lumière, qui a à la fois une taille et une direction en chaque point). Ceci est important car cela signifie que le champ aura le même aspect pour n’importe quel observateur, qu’il soit au repos ou en accélération.

De plus, son spin quantique est nul, ce qui signifie qu’il est identique sous n’importe quel angle. La rotation est une mesure de la distance dans laquelle une particule doit être tournée pour qu'elle ait le même aspect qu'avant sa rotation. Les porteurs d'interactions (photons, gluons) ont une rotation complète - des rotations de 360 ​​​​degrés les laisseront inchangés. Les particules de matière (électrons, quarks) ont un spin demi-entier, ce qui signifie qu'elles doivent subir une double rotation, de 720 degrés, pour revenir à leur état initial. Mais le Higgs n’a aucun spin. Peu importe la façon dont vous le faites tourner, il a toujours la même apparence. Tout comme l'espace vide. La symétrie est synonyme d'invisibilité.

Selon l’intuition d’Aristote, les physiciens d’aujourd’hui considèrent le néant comme l’état final de symétrie – une autosimilarité implacable qui précède la découverte des différences nécessaires pour définir les « choses ». Si les physiciens lancent film spatial dans la direction opposée, retraçant l'histoire d'un passé profond, ils voient l'unification de fragments incommensurables de la réalité, leur transformation en une symétrie croissante, désignant la source - rien.

Higgs est devenu célèbre pour avoir fourni particules élémentaires leur masse, mais cela cache sa véritable signification. Donner de la masse aux particules est facile. Ralentissez-les à des vitesses inférieures à la lumière et vous avez une masse. Difficile de leur donner de la masse sans briser la symétrie préhistorique. Le champ de Higgs y parvient en prenant une valeur non nulle même à son état énergétique le plus bas. Dans tous les coins de l'espace vide, la puissance de 246 GeV du Higgs a diminué - mais nous ne le remarquons pas, car c'est la même chose partout. Seul un champ scalaire peut se cacher à la vue de tous. Mais cela se remarque aux particules élémentaires. Chaque fois que la masse d’une particule brise la symétrie de l’Univers, le Higgs est là, se faisant passer pour un espace vide, pour réparer les dégâts. Travaillant toujours dans l’ombre, le Higgs préserve intacte la symétrie originelle de l’Univers. On peut comprendre (sinon pardonner) la tendance des journalistes à utiliser le nom de « particule divine » - même si Leon Lederman, qui a inventé le terme offensant, voulait à l'origine l'appeler la « particule maudite de Dieu » et que son éditeur ne l'a pas permis. lui de le faire.

Tout cela signifie que le champ de Higgs n’est plus proche de rien que du concept d’éther de Maxwell. Il s'agit du plus récent de nos pinceaux vides. Avec sa symétrie inhabituelle, le Higgs sert de déguisement pour rien, mais n’est rien en soi. Il a une structure, il interagit. Signification physique 246 GeV reste inconnu. Avec l’aide du Higgs, nous approchons des limites du néant, mais nous ne pouvons pas les franchir.

Si essayer de rendre rien si vide ne répond pas à la question de savoir comment quelque chose est né de rien, nous devons faire en sorte que la cause ne soit pas une telle cause. Et ces tentatives ont leur propre histoire. L'apparition soudaine d'asticots sur la viande en décomposition à l'époque d'Aristote a conduit au mythe largement répandu de l'émergence spontanée de la vie ; le souffle de vie peut surgir du vide. La frontière entre rien et quelque chose côtoyait la frontière entre la vie et la mort, l'esprit et la matière, le divin et le terrestre. À son tour, cela a entraîné toute une gamme de religions et de confessions, donnant naissance à des décision difficile notre paradoxe. Nous avons accepté cette théorie pendant 2 000 ans jusqu'à ce qu'elle soit dissipé par le microbiologiste Louis Pasteur en 1864. Omne vivum ex vivo - toute vie issue de la vie. Dans les décennies qui suivirent, on découvrit l’émergence spontanée d’une autre curiosité historique. Mais, comme l'éther, il nous est revenu à nouveau, dans vêtements de mouton fluctuations quantiques.

Les fluctuations quantiques, ornées d'incertitude, sont des effets sans cause, du bruit dans un signal, statique primordiale, de nature aléatoire. Les règles de la mécanique quantique autorisent – ​​voire exigent – ​​que l'énergie (et, selon E=mc 2 , la masse) apparaisse « de nulle part », à partir de rien. La création ex nihilo, voilà à quoi elle ressemble.

Principe d'incertitude de Heisenberg - source naturelle larves quantiques. Il postule que certaines paires de propriétés physiques – localisation et impulsion, énergie et temps – sont liées entre elles par une incertitude fondamentale. Plus nous définissons l’un des paramètres avec précision, moins l’autre devient clair. Ensemble, ils forment des couples liés et empêchent le néant d'exister. Commencez à affiner votre position spatiale et l’impulsion commencera à fluctuer énormément. Définissez des périodes de temps courtes et précises et l’énergie commencera à fluctuer sur une gamme plus large de valeurs improbables. Au tout moment de courts instants Aux distances les plus courtes, des univers entiers peuvent soudainement apparaître puis disparaître. Zoomez sur le monde et la réalité calme et structurée cède la place au chaos et au hasard.

Mais ces paires liées ne sont pas elles-mêmes aléatoires : ce sont des paires de propriétés qu’un observateur ne peut pas mesurer simultanément. Malgré la manière dont les fluctuations quantiques sont habituellement décrites, il n’existe pas de réalité prédéterminée dans le monde qui s’agite ici et là. L'expérience montre que ce qui est, en fait, n'existe pas du tout, mais attend. L'enfant à naître. Les fluctuations quantiques ne sont pas des descriptions existentielles, mais conditionnelles - elles ne reflètent pas ce qui est, mais seulement ce qui deviendra possible si un observateur décide de faire une certaine mesure. C'est comme si la capacité de l'observateur à mesurer déterminait ce qui doit exister. L'ontologie résume l'épistémologie. L'incertitude de la nature est l'incertitude de l'observation.

Impossibilité fondamentale d'attribuer des valeurs spécifiques à toutes les propriétés système physique signifie que lorsqu'un observateur prend une mesure, le résultat sera véritablement aléatoire. À une petite échelle où ils règnent effets quantiques, la chaîne de cause à effet se déchaîne. La mécanique quantique, comme l’a dit son père fondateur Niels Bohr, est « inconciliable avec le concept même de causalité ». Einstein l’a ignoré. « Dieu ne joue pas aux dés », a-t-il dit, ce à quoi Bohr a répondu : « Einstein, arrête de dire à Dieu quoi faire. »

Mais peut-être faudrait-il nous reprocher de s’attendre à ce que le principe de causalité soit préservé. L’évolution nous a appris à rechercher à tout prix des modèles simples. Pour nos ancêtres qui ont parcouru la savane africaine, la capacité de discerner les effets des causes marquait la frontière entre la vie et la mort. Elle a mangé un champignon tacheté et est tombée malade. Le tigre s'accroupit avant de sauter. Les histoires sont synonymes de survie. Sélection naturelle pas nécessaire physique quantique– alors comment aurions-nous pu deviner son existence ? Mais ça existe. Et la causalité est une approximation. C'est notre conscience qui cherche l'histoire.

Alors c'est tout ? La réponse à la question « pourquoi existons-nous » est qu’il n’y a pas de « pourquoi », que l’existence est une fluctuation quantique aléatoire ? Eh bien, cela signifie que nous pouvons rejeter toutes les explications et faire un bond en avant pour surmonter le pont James. Comment quelque chose est-il né de rien ? Oui, juste comme ça. Malheureusement, nous n'irons pas plus loin. Les cosmologues croient que les lois de la mécanique quantique peuvent créer spontanément des univers, cette histoire ne fait que rejeter la responsabilité. D'où viennent ces lois ? Rappelez-vous que nous voulions expliquer comment quelque chose venait de rien – et non pas comment quelque chose venait de lois physiques préexistantes. Il ne suffit pas de supprimer la causalité de l’équation : le paradoxe demeure.

Au début, il n’y avait rien, puis quelque chose est apparu.

Le personnage principal de cette histoire est le Temps, porteur du changement. La solution au paradoxe serait-elle de nier le temps ? Si le temps, comme le disait Einstein, n’est qu’une illusion tenace, alors nous pouvons immédiatement nous libérer non seulement de la causalité qui découle des lois de la nature, mais aussi de la question de savoir d’où viennent ces lois. Ils ne viennent de nulle part, car il n’y a pas d’évolution. L’histoire disparaît, il n’y a pas d’histoire, et il n’y a pas non plus de pont.

Le concept d'un univers éternel, ou cyclique, toujours revenu, apparaît dans les premiers mythes et récits, de la mythologie bantoue de l'Afrique au Temps du Rêve. Aborigènes australiens, de la cosmologie d'Anaximandre de Milet aux anciens Puranas indiens. On peut voir l’attrait de ces théories. L'éternité n'évite « rien ».

Dans les temps modernes, cette idée ancienne fait son retour sous la forme de la théorie de l’état stationnaire de l’univers, formulée par James Jeans en 1920, puis affinée et popularisée par Fred Goyle et d’autres dans les années 1940. L'Univers est en expansion, mais de la nouvelle matière apparaît constamment pour combler les vides, donc en moyenne l'Univers ne change pas. La théorie s'est avérée incorrecte, elle a été remplacée par la théorie du Big Bang et l'éternité a été réduite à environ 13,8 milliards d'années.

Mais dans les années 1960, l’Univers stationnaire est soudainement revenu sous une forme étrange : dans l’équation

H(x)|Ψ> = 0

Les physiciens John Archibald Wheeler et Bruce Devitt l'ont écrite, maintenant connue sous le nom d'équation de Wheeler-DeWitt, bien que Devitt lui-même l'appelle « la foutue équation » (non, aucun rapport avec la « foutue particule »). Ils ont essayé d'appliquer les étranges lois de la mécanique quantique à l'Univers dans son ensemble, comme le décrit l'ouvrage d'Einstein. théorie générale relativité. Cela vaut la peine d'y prêter attention côté droitéquation – zéro. L'énergie totale du système n'est rien. Aucune évolution dans le temps. Rien ne peut arriver. Le problème est que l’univers d’Einstein est un espace-temps à quatre dimensions, une combinaison d’espace et de temps. Mais la mécanique quantique exige que fonction d'onde le système physique a évolué au fil du temps. Mais comment l’espace-temps peut-il évoluer dans le temps si c’est le temps ? Ce dilemme est tout simplement exaspérant - l'univers décrit mécanique quantique, se fige dans le temps. L'équation de Wheeler-Dewitt est une théorie inversée d'un univers stationnaire. Au lieu d’un Univers qui a toujours existé, nous avons un Univers qui n’existera jamais.

L’équation de Wheeler-Dewitt elle-même résout notre problème avec élégance. Comment quelque chose est-il sorti de rien ? Cela n'est pas apparu. Mais une telle décision est déroutante : après tout, nous sommes là.

C'est le point. En mécanique quantique, rien ne se passe jusqu'à ce qu'un observateur (une personne ou une autre configuration de particules) effectue une mesure. Mais dans le cas de l’univers tout entier, il n’y a pas d’observateur. Personne ne peut rester en dehors de l'univers. L’univers dans son ensemble est coincé dans un instant sans fin. Mais à l’intérieur, tout semble différent.

De l’intérieur, l’observateur ne peut pas mesurer l’univers entier et divise ainsi la réalité en deux parties – l’observateur et l’observé – en raison du fait simple mais puissant que l’observateur ne peut pas se mesurer lui-même. Comme l’écrivait le physicien Raphaël Bousso : « De toute évidence, l’appareil doit avoir au moins autant de degrés de liberté que le système dont il tente de déterminer l’état quantique. » Le philosophe des sciences Thomas Brewer a utilisé l'argument de Gödel pour exprimer le même point : « Aucun observateur ne peut obtenir ou conserver des informations suffisantes pour distinguer tous les états du système dans lequel il se trouve. »

En tant qu’observateurs, nous sommes condamnés à ne voir à jamais qu’une pièce du puzzle plus vaste dont nous faisons partie. Et cela peut être notre salut. Lorsque l’univers se divise en deux, le zéro à droite de l’équation prend une valeur différente. Tout change, la physique arrive, le temps passe. On peut même dire que l’Univers est en train de naître.

Si cela ressemble à de la rétrocausalité (le futur influence le passé), eh bien, c’est le cas. La théorie quantique requiert cet étrange renversement de la flèche du temps. Wheeler a attiré l'attention sur ce fait en utilisant la célèbre expérience de choix retardé, qui a d'abord été proposée comme méthode mentale, puis . Dans le choix différé, la mesure effectuée par l'observateur dans le présent détermine le comportement de la particule dans le passé, un passé qui peut remonter à des millions, voire à 13,8 milliards d'années. La chaîne de cause à effet tourne sur elle-même, et sa fin est liée au début : le pont James s'avère être une boucle.

Jacques Hébert

Expliquer l’univers pose un énorme problème à ceux qui nient l’existence d’un Créateur : comment l’univers a-t-il pu naître à partir de rien ? Certains scientifiques ont même commencé à affirmer que l’univers n’avait pas de commencement et qu’il existait depuis toujours – tel est le problème. Puisque de nombreux scientifiques athées ont accepté le modèle du Big Bang, ils ont également reconnu que l’univers avait effectivement un commencement. Il leur faut donc expliquer ce début.

Le physicien théoricien Lawrence Krauss déclare dans son livre qu'il aurait pu se former à partir de rien sous l'influence des lois physiques. D'autres physiciens proposent des arguments similaires.

Les scientifiques se sont tournés vers le bien phénomène connu formation et destruction de « particules virtuelles ». L’apparition spontanée (mais de courte durée) de particules subatomiques provenant du vide est appelée « fluctuation quantique ». Ces particules subatomiques apparaissent et disparaissent à des intervalles si courts qu'ils ne peuvent pas être vus. Il est cependant possible de capter les effets de ces particules virtuelles. Par exemple, ils sont responsables de l’effet subtil sur le spectre de l’atome d’hydrogène connu sous le nom de « décalage de Lamb ». La courte durée de vie de ces particules virtuelles est établie par le principe d'incertitude de Heisenberg (HEP), qui stipule qu'un état de courte durée ne peut pas avoir une énergie définie avec précision.

Le principe d'incertitude de Heisenberg limite la durée pendant laquelle une fluctuation quantique peut persister. Plus l'énergie de fluctuation est grande, plus son temps de conservation est court. C'est pour cette raison particules virtuelles apparaissent et disparaissent à des intervalles de temps très courts.

Krauss et d'autres physiciens évolutionnistes soutiennent que l'univers lui-même est le résultat de telles fluctuations quantiques. Cependant, le principe APG pose une certaine difficulté pour une telle affirmation. Personne ne doute que l’intensité énergétique de l’univers tout entier est énorme. Par conséquent, si nous supposons que l’univers est apparu à travers une fluctuation quantique, le contenu énergétique de l’univers entier serait si énorme qu’il y aurait très peu de temps pour son apparition, et l’univers nouvellement formé disparaîtrait immédiatement. Il est donc très difficile de comprendre comment notre vaste univers a pu naître d’une telle fluctuation.

Cependant, selon les physiciens évolutionnistes, si le contenu énergétique de l'univers entier était égal zéro, l'univers formé à partir d'une telle fluctuation pourrait persister indéfiniment sans violer le principe d'incertitude de Heisenberg. Je dois admettre que c'est un argument intelligent. Alors, les nouveaux athées ont-ils trouvé une manière convaincante d’expliquer l’existence de notre univers sans Dieu ?

Pas vraiment. Cet argument repose sur l’hypothèse selon laquelle l’énergie totale de l’univers est nulle, et cette dernière repose directement sur l’idée du Big Bang. Stephen Hawking écrit :

« L'idée d'un univers inflationniste explique aussi pourquoi il y a tant de matière dans l'univers... La réponse à cette question se situe dans le cadre de la théorie quantique : des particules peuvent être formées à partir d'énergie sous forme de paires particule/antiparticule. .» Mais cela soulève une nouvelle question : d’où vient l’énergie ? Le fait est que l’énergie totale de l’univers est nulle.

Malgré l’affirmation amusante de Hawking, personne ne peut connaître exactement le contenu énergétique de l’univers. Afin de vérifier l'affirmation selon laquelle le contenu énergétique de l'univers est nul, il est nécessaire de prendre en compte Tous formes d'énergie existant dans l'univers (gravitationnelle énergie potentielle, énergies relatives de toutes les particules, etc.), additionnez-les, puis vérifiez que la somme est bien nulle. Malgré toute l'intelligence et les diplômes de Hawking, il peut difficilement être considéré comme une personne bien informée.

Donc, la déclaration sur " zéro énergie» de l'univers ne repose pas sur des calculs directs, mais sur l'interprétation de données vues à travers le prisme du modèle du Big Bang. De ce qui précède, il est clair qu'une telle affirmation est basée sur théorie de l'inflation, selon lequel l’univers a connu une période d’expansion courte et accélérée immédiatement après le Big Bang. Mais l'idée de « l'inflation » est une idée ad hoc(lat. " au hasard", attaché au modèle original du Big Bang afin de résoudre de nombreux problèmes graves (et même inévitables). Hawking, Krauss et d’autres scientifiques tirent des conclusions sur l’énergie du point zéro de l’univers parce qu’elle découle soi-disant de la théorie de l’inflation. Cependant, pour ceux qui n’acceptent pas a priori la théorie du Big Bang (et la théorie de l’inflation), il est totalement incompréhensible que la quantité d’énergie totale dans l’univers puisse être nulle. En fait, c’est peu probable.

De plus, lorsque des particules virtuelles apparaissent momentanément dans le vide, elles apparaissent dans un espace qui existe déjà. Puisque l’espace lui-même fait partie de l’univers, pour qu’il se forme spontanément, l’espace lui-même doit d’abord être apparu d’une manière ou d’une autre.

Dans son livre récent, Krauss n'examine que brièvement cette question. question importante. La plupart de il consacre des livres à la défense de la théorie du Big Bang, histoires drôles et la critique des créationnistes, et ce n'est qu'à la fin qu'il parle sérieusement de l'émergence de l'univers à partir de rien. Bien que le livre compte plus de 200 pages, Krauss consacre peu d’espace à cette question. Il prétend que l’univers aurait pu naître de rien grâce à gravité quantique (une théorie qui unit mécanique quantique Et relativité générale). Cependant, le principal problème d’une telle affirmation est que vraie théorie La gravité quantique n'existe pas encore.

De plus, l’affirmation selon laquelle les lois de la physique auraient pu former notre univers soulève un certain nombre de difficultés logiques sérieuses. Notre compréhension des lois de la physique est basée sur l'observation. Par exemple, notre connaissance des lois de conservation de la quantité de mouvement et de l’énergie repose sur des observations faites dans des milliers d’expériences. Personne n’a jamais observé comment l’univers est né. Cela signifie que toutes les lois de la physique qui ont conduit (même en principe) à la création de l’univers échappent complètement à notre expérience. Les lois de la physique telles que nous les connaissons ne s’appliquent tout simplement pas à cette question. Pour la création spontanée de l’univers, il faudrait plutôt des lois physiques « méta » ou « hyper » supérieures qui ressembleraient (ou non) aux lois de la physique que nous connaissons.

Mais ici un autre problème se pose. Puisque de telles méta et hyper lois hypothétiques de la physique dépassent complètement notre expérience, pourquoi les physiciens athées supposent-ils naïvement que les règles du principe d’incertitude de Heisenberg peuvent être appliquées pour décrire la formation de l’univers ? Ils spéculent ouvertement sur d’autres univers (inobservables) dans un « multivers » suspect qui pourrait avoir des lois physiques radicalement différentes des nôtres. Si, comme on le sait, le principe d’incertitude de Heisenberg n’agit qu’au sein de notre univers, on ne sait absolument pas pourquoi les physiciens l’appliquent à la question de la création de l’univers. Il est fort possible que ce principe fasse effectivement partie des hyper lois de la physique, mais peut-être pas. Vous pouvez beaucoup réfléchir sur ce sujet, mais réfléchir n’est pas une science.

De plus, si ceux-ci supposaient lois supérieures Les physiciens existaient, pour qu’ils puissent créer l’univers, ils devraient exister séparément de l’univers. Cependant, ce type d’hypothèse constitue un dilemme pour les athées qui prétendent que le cosmos est tout ce qui existe. Peu avant sa mort, Carl Sagan, correspondant avec Larry Vardiman de l'Institute for Creation Research, a admis que cela était devenu un problème pour sa vision du monde. Sa vision de l'origine de l'univers supposait l'existence de lois physiques qui ont créé le cosmos, mais comme le scientifique n'a pas reconnu le Créateur, il n'a pas pu expliquer l'origine des lois elles-mêmes. L’existence des lois de la physique en dehors de l’espace contredit clairement son axiome bien connu : « L’espace est tout ce qui est, qui a toujours existé et qui sera toujours ».

Un athée, bien sûr, pourrait tenter de contourner cette difficulté en affirmant que le cosmos n’a pas de commencement et qu’il existe depuis toujours.

Mais même cette approche du problème laisse de nombreux problèmes non résolus. Par exemple, certains scientifiques affirment que le cosmos dans son ensemble – ce qu’on appelle le multivers – est infini et contient de nombreux univers distincts (une conséquence de la théorie moderne de l’inflation de l’univers). Selon cette idée, notre univers à lui seul serait apparu il y a 13,7 milliards d’années. L’existence d’autres univers revendiqués (mais non observables) expliquerait notre existence apparemment incroyable. Puisque le multivers contient un nombre infini d’univers, les lois de la physique et de la chimie d’au moins certains univers doivent avoir les propriétés nécessaires à la vie. Cela explique probablement notre existence, puisque nous vivons dans l’un de ces univers.

L'erreur flagrante d'une telle opinion nous aide à voir autre chose : bien que les lois de la physique et de la chimie de notre univers permettent existence la vie, ils Pas donner l'opportunité à la vie évoluer. Les lois de la physique et de la chimie ne sont tout simplement pas adaptées à l’évolution de la vie.

Les créationnistes parlent depuis longtemps des difficultés insurmontables des scénarios d’« évolution chimique ». Ces difficultés ne disparaîtront pas simplement parce que quelqu’un prétendra qu’il existe d’autres univers (inobservables). Même si les lois de la physique et de la chimie ont permis à la vie d'évoluer vers chacun de ces univers supposés, ces lois ne pouvaient pas expliquer l'existence de la vie dans notre univers. Les athées auraient dû y réfléchir, mais leur argument ne fait que démontrer qu'ils « Ils devinrent futiles dans leurs spéculations » et « leurs cœurs insensés furent obscurcis » (Romains 1 : 21-23).

Malgré tous les beaux diplômes de ceux qui prêchent l’idée d’un « univers à partir de rien », ce scénario n’a aucun fondement et les chrétiens croyant en la Bible ne devraient pas être effrayés par toute cette « philosophie ».

Ya.B. Zeldovich, EST-IL POSSIBLE DE FORMER UN UNIVERS À PARTIR DE RIEN ?

Il n'est pas nécessaire de présenter Yakov Borisovich Zeldovich aux lecteurs de Priroda. Auteur d'ouvrages fondamentaux dans le domaine chimie physique, théorie des particules élémentaires, physique nucléaire, astrophysique et cosmologie, il était en outre également un brillant vulgarisateur, parlant de manière vivante, vivante et imaginative dans ses livres et articles populaires sur les problèmes les plus « brûlants » science moderne. DANS dernières années attention particulière il s'est consacré à l'astrophysique relativiste et à la cosmologie. C'est à cette époque qu'il écrit des articles pour notre magazine « Trous noirs et blancs » (avec A.A. Starobinsky et I.D. Novikov ; 1976, n° 1) ; "" (1983, n° 9) ; « Pourquoi l'Univers est-il en expansion ! » (1984, n° 2). Son dernier article, « La formation de l'Univers « à partir de rien est possible », poursuit ce sujet. La postface a été rédigée par l'académicien A.D.

Sakharov.

UNIVERS

Les dimensions de l’Univers qui nous entoure et, plus modestement et plus précisément encore, les dimensions de la partie de l’Univers que nous avons explorée, dépassent de loin l’imagination humaine. Il était difficile pour les peuples anciens d’imaginer que la Terre était une boule. Aujourd'hui, alors que les avions parcourent plusieurs milliers de kilomètres sans atterrir, au siècle vols spatiaux , à la radio et à la télévision (et malheureusement à l’ère des missiles intercontinentaux à propulsion nucléaire), la Terre apparaît comme une petite boule fragile. La distance au Soleil ne nous surprend pas - 150 millions de km, ce qu'on appelle unité astronomique. Cependant, la distance entre le système solaire et le centre de la Galaxie (environ 10 kpc = 3 10 22 cm) est deux milliards de fois supérieure à la distance entre la Terre et le Soleil. À son tour, la distance à laquelle il est encore possible d'observer des galaxies brillantes est de l'ordre de plusieurs milliers de mégaparsecs, soit près d'un million de fois supérieure à la distance entre le Soleil et le centre de notre Galaxie. Si cette distance maximale est réduite de 10 à 15 fois, soit à environ 1 h. e., alors

système solaire rétrécira à la taille d'un grain de poussière de moins d'un millimètre... Identique à

échelle linéaire

Dans cet article, je me limiterai délibérément à une formulation étroite de la question. Voyons seulement si cette hypothèse – la formation de l’Univers « à partir de rien » – ne contredit pas les lois générales de la nature fermement établies. Parfois, la « loi de conservation » la plus générale est formulée ainsi :"Rien ne peut venir de rien." Je rejette d’emblée cette formulation – elle est naïve et non scientifique. Il existe une loi de conservation de l'énergie et... Par exemple, il y a aussi la loi de conservation charge électrique

. Nous vérifierons la mise en œuvre de ces lois physiques clairement formulées, et discuterons également de l'existence et de la mise en œuvre d'autres lois physiques similaires, plus ou moins solidement établies. Pour éviter de transformer cet article en cours complet

cosmologie, nous n'étudierons pas en détail la structure de l'Univers, la loi de son expansion et le scénario complet de son évolution. Vous pouvez donner l'analogie quotidienne suivante : imaginez qu'un inventeur vienne à vous avec une sorte de merveilleux moteur ou générateur de courant électrique. Une démarche raisonnable pour l'expert est de savoir si le projet vous a été présenté" machine à mouvement perpétuel

"(perpetuum mobile). Il existe depuis longtemps une coutume de rejeter de tels projets sans examen détaillé. "Perpetuum mobile" viole la loi de conservation de l'énergie et, par conséquent, il y a une erreur quelque part dans le projet. Trouver un L'erreur spécifique n'intéresse plus personne sauf l'inventeur lui-même.

Abordons avec la même aune la question de l’émergence de l’Univers « à partir de rien ».

Cette hypothèse contredit-elle les lois de la physique ? Est-ce possible, sera-t-il possible (sinon maintenant, du moins dans le futur) de créer une théorie cohérente et correcte de ce phénomène vraiment grandiose ? ÉCONOMIE DE FRAIS Commençons par la loi de conservation de la charge électrique. La réponse se trouve en surface, elle est évidente : il n'y a aucune interdiction sur la naissance d'un Univers électriquement neutre, c'est-à-dire un Univers contenant nombre égal charges positives et négatives. Il y a tout lieu de penser que c’est exactement à cela que ressemble notre Univers. Sinon il y aurait du fort

Passons à la loi de conservation de la charge baryonique. Rappelons que dans tous les processus connus se déroulant en laboratoire, le nombre total de protons et de neutrons ne change pas. En particulier, la radioactivité des noyaux se manifeste soit par un réarrangement de protons et de neutrons, soit par la transformation de protons en neutrons et vice versa.

Ainsi, lors de l'émission g-rayons (c'est-à-dire photons), le réarrangement se produit lorsqu'un noyau donné passe d'un état énergétiquement excité à l'état fondamental ou à un état avec une énergie d'excitation inférieure. À un- désintégration d'un noyau, une partie des protons et neutrons du noyau mère reste dans le noyau fille, tandis que d'autres s'envolent sous forme d'un noyau d'hélium (deux protons et deux neutrons). DANS b-désintégration d'un électron rapide ( b-particule) et les neutrinos naissent lorsqu'un neutron se transforme en proton. Il existe également un processus inverse d'émission de positons (p = N+e + + n e) lorsqu'un proton est converti en neutron, mais ce processus ne se produit que si le proton est dans le noyau et qu'après la conversion, le neutron occupe une position inférieure état énergétique.

Un proton libre est plus léger qu'un neutron libre, donc neutron libre b-radioactif; un proton libre est stable ; il n'est instable qu'à l'intérieur de certains noyaux.

Ainsi, à la fin des années 40, la loi de conservation des baryons était formulée simplement : la somme du nombre de protons et de neutrons ne change pas. Cela a été suivi par la découverte de particules dites étranges. Ils ont été découverts pour la première fois dans les rayons cosmiques, puis étudiés en détail en laboratoire à l’aide d’accélérateurs. Ils sont instables, formés de protons ou de neutrons et se désintègrent à nouveau pour produire des protons ou des neutrons.

Ainsi, par exemple : p + N = D + K+ + N (D est un hypéron étrange, K est un méson étrange). Ces particules étaient qualifiées d'étranges car à une distance relativement forte probabilité l'éducation pour un très peu de temps collisions ils ont une durée de vie assez longue, 10 -8 -10 -10 s.

Au début des années 50, les résonances dites baryoniques ont été découvertes.

La diffusion des mésons n par les protons et les neutrons dépend de l'énergie et du fait que ces deux particules fusionnent d'abord en une seule, qui se désintègre ensuite à nouveau. Ainsi par exemple :

Après ces découvertes, la loi de conservation des baryons s'est compliquée : la somme est conservée ++ B = p + N + D + S + ... + D + B = p + N + D + S + ... + D 0 B = p + N + D + S + ... + D - +D

+ ... = const ou, en d'autres termes, est préservé quantité totale ++ baryons (Ici D, S, ... sont des baryons étranges ; les points de suspension remplacent la liste de tous les baryons étranges - de D - , les résonances baryoniques les plus légères, et les points de suspension répétés remplacent la liste de toutes les résonances.).

En 1955, les antiprotons furent finalement découverts expérimentalement. Théoriquement, l’existence d’antiparticules – les antibaryons – a été prédite peu de temps après la prédiction et la découverte des antiélectrons, c’est-à-dire des positrons. Cependant, l'énergie nécessaire pour produire une paire proton-antiproton est 2000 fois supérieure à celle nécessaire pour produire une paire électron-positron, il y a donc eu un intervalle d'un quart de siècle entre les deux découvertes. A cette époque, certains scientifiques perdent leur sang-froid et expriment des doutes sur l'existence des antibaryons ; Désormais, il n’y a plus de place pour ces doutes !

Ainsi, sous la forme finale de la loi de conservation de la charge baryonique : la différence du nombre de baryons et d'antibaryons est conservée.

Au cours des 20 dernières années, il a été démontré que les baryons sont constitués de 3 quarks. Les antibaryons sont constitués d'antiquarks. Ainsi, la charge du baryon et la loi de sa conservation dans le langage des quarks sont formulées comme suit :

3B = S q i - S q" k = const,

où S q i est le nombre de quarks i-ro ; S q" k - le nombre d'antiquarks de grade k-ro ; la somme est prise en compte pour tous les grades.

La loi de conservation de la charge baryonique est extrêmement importante à la fois pour l'Univers dans son ensemble et pour le monde moderne qui nous entoure immédiatement. Sous réserve de cette loi quantité donnée les baryons peuvent être utilisés pour produire de l'énergie et uniquement en les transférant à l'état d'énergie le plus bas, à savoir dans les noyaux de fer*. Il s'ensuit que l'énergie peut être obtenue soit en transformant l'uranium en noyaux au milieu du tableau périodique, soit en transformant l'hydrogène en fer.

* Cela signifie que dans les noyaux de fer, l'énergie de liaison des nucléons est maximale. ( Note éd. )

Le premier processus est réalisé avec succès sur centrales nucléaires. La seconde se produit dans les étoiles. Sous une forme légèrement modifiée (ne commençant pas depuis le début et n'atteignant pas la fin), le deuxième processus est réalisé par la fusion de noyaux de deutérium et de tritium avec formation de 4 He et d'un neutron et deviendra à l'avenir une source de thermonucléaire l'énergie sur Terre. Mais le point commun aux deux procédés est l'utilisation d'une petite fraction - moins de 1% - stock completénergie et carburant.

La réserve d'énergie totale et, selon la loi d'équivalence d'Einstein E = Mc 2, est égale à 9 10 13 J pour 1 g de substance.

L'abolition de la loi de conservation de la charge baryonique signifierait en principe la possibilité d'une désintégration directe du proton p = e - + énergie i ou p = e + + énergie i.

Ainsi, un proton - libre ou lié dans le noyau - pourrait être instable et se désintégrer en libérant une énorme énergie même s'il n'existait pas de loi de conservation de la charge du baryon. Énorme sens moderne cette loi de conservation est évidente.

Il en va de même pour la naissance de l’Univers « à partir de rien ».

La charge baryonique n'est « rien », évidemment égal à zéro. Si la charge baryonique est conservée, alors l’Univers tout entier, né « de rien », devrait avoir une charge baryonique nulle, c’est-à-dire une quantité égale de matière et d’antimatière. C'est ce que pensaient ceux qui ont été les premiers à exprimer l'idée de la naissance de l'Univers au début des années 60. Ils croyaient que l’Univers était né avec un nombre égal de baryons et d’antibaryons, c’est-à-dire avec une quantité égale de matière et d’antimatière. Mais si la matière et l'antimatière en quantités égales sont uniformément réparties dans l'espace (c'est-à-dire que leur densité est la même en chaque point), alors lorsqu'elles sont refroidies, elles s'annihilent complètement. De plus, aucun mécanisme ne pourrait les séparer ; La gravité rassemble de manière égale la matière et l’antimatière.

La naissance de l'Univers telle que nous l'observons n'est possible que si la loi de conservation de la charge baryonique peut être violée*. Sans répéter l’interprétation passionnante mais complexe de la question, nous résumons les articles qui lui sont consacrés.

* Pour plus d'informations sur les violations possibles de cette loi et la recherche expérimentale de violations, voir : Zeldovitch Ya B., Dolgov A.D. Matière et antimatière dans l'Univers // Nature. 1982. N° 8. P. 33-45 ; Berezinsky V.S. Théories de jauge unifiées et proton instable // Nature. 1984. N° 11. P. 24-38.

La charge électrique doit être conservée dans la mesure où sont valables les équations de Maxwell, qui ne permettent pas la non conservation de cette charge. En d’autres termes, la connexion d’une charge électrique avec un champ électromagnétique entraîne automatiquement la conservation de la charge électrique.

Cependant, il n'existe aucun terrain qui jouerait rôle similaire dans le cas d'une charge baryonique. La confiance dans la conservation de la charge baryonique reposait uniquement sur l'expérience.

Chaque expérience, par nécessité, a une précision limitée.

En absolutisant les résultats de l'expérience, les physiciens jusque dans les années 60 ont tacitement supposé qu'il ne devrait pas y avoir de trop grandes différences quantitatives dans le monde des particules élémentaires. b-décroissance), le temps de décroissance moyen est d'environ 1 000 s. Il semblait que la nature (avec une petite lettre, c'est-à-dire pas la revue respectée où cet article sera publié) devait choisir entre deux extrêmes : soit une décadence relativement rapide, par analogie avec ( b-désintégration des neutrons, ou pas de désintégration du tout, comme dans le cas d'un électron absolument stable. Le troisième cas – intermédiaire – de déclin lent jusque dans les années 60 semblait inesthétique et extrêmement improbable.

Les goûts ont changé, et le courage des théoriciens s'est accru, s'exprimant désormais sous le slogan : tout ce qui n'est pas interdit existe, et en particulier le proton peut se désintégrer.

Cependant, la situation reste dramatique : grâce aux efforts des expérimentateurs, la limite inférieure de la durée de vie des protons a été ramenée à 10 32 ans, mais la désintégration n'a toujours pas été détectée.

La situation expérimentale a été décrite en détail par V. S. Berezinsky*.

*Voir la note de bas de page précédente.

* Il ne manque qu'un seul point dans son article : aujourd'hui, la croyance en la non-conservation de la charge baryonique repose en grande partie sur le fait que l'Univers contient de la matière et ne contient pas d'antimatière. Dans ce cas, nous devons également prendre en compte la différence dans les propriétés des particules et des antiparticules, ainsi que la violation de l'équilibre thermodynamique résultant de l'expansion de l'Univers.(Cela a été noté pour la première fois dans les travaux d'A.D. Sakharov en 1967*). Note éd. )

Sakharov A.D. Violation de l'invariance CP, de l'asymétrie C et de l'asymétrie baryonique de l'Univers // Lettres JETP. 1967. T. 5. pp. 32-35. ( D'après les estimations de telles théories sans conservation de la charge baryonique, il s'avère que le nombre de protons et de neutrons est un milliard de fois

moins de nombre photons ou neutrinos. L'essentiel est que la différence entre les charges électriques et baryoniques soit désormais clairement comprise. De plus, la communauté des physiciens dans son ensemble (ou du moins les physiciens théoriciens) a perdu sa peur des grands nombres. Si la durée de vie d'un proton est de 10 à 40 ans (ce qui, apparemment, restera inaccessible pour une vérification par des expériences directes pendant de nombreuses années), alors une hypothèse sera nécessaire sur les processus dans l'Univers chaud se produisant à une température de l'ordre de 10 17 GeV (10 30 K), donc également inaccessible aux accélérateurs*. On ne sait pas encore quelles expériences indirectes pourraient apporter une réponse. * Durée de vie des protons t r inversement proportionnel à la puissance quatre de la masse du boson lourd M Note éd. )

Il existe une situation très appréciée des astronomes : ce sont les données astronomiques qui montrent la voie aux physiciens, comme ce fut le cas avec la vitesse de la lumière et la loi de la gravité de Newton. L’existence d’un Univers rempli de matière est jusqu’à présent la seule, mais très forte preuve, de la non-conservation de la charge baryonique !

CONSERVER L'ÉNERGIE ET

Passons à la loi de conservation de l'énergie pour l'Univers dans son ensemble. Rappelons que l'énergie d'une particule au repos est équivalente à sa masse, E = Mc 2. La conservation de l'énergie et du repos est aussi une conservation de la masse.

Un peu d'histoire : J. Dalton et W. Prout ont remarqué que de nombreux poids atomiques sont exprimés sous forme de nombres entiers. D’où, naturellement, l’hypothèse selon laquelle tous les noyaux sont composés de briques individuelles identiques. Cependant, le fait que la charge d'un noyau n'est pas proportionnelle à son poids a conduit à la conclusion qu'il existe deux modifications de ces briques - les protons et les neutrons, dont la charge diffère avec presque la même masse. Ici, nous nous sommes quelque peu écartés de la séquence historique, en omettant la période sombre où les noyaux étaient construits à partir de protons et d’électrons. En gros, les électrons (en raison de la relation d’incertitude) ne rentrent pas dans le noyau. Les premières idées correctes sur l'existence des neutrons ont été exprimées sous forme d'hypothèses au début des années 20 ; la preuve scientifique de l'existence des neutrons a été apportée dans les années 30, et en 1945 il y a eu Hiroshima et Nagasaki. Très résumé nous avons omis la découverte des isotopes et tout à fait définition précise poids atomiques des isotopes individuels.

En conséquence, d'une part, la théorie de la structure uniforme des noyaux constitués de protons et de neutrons a été confirmée, d'autre part, le premier argument en sa faveur - le poids atomique total des isotopes - s'est révélé inexact. C'est la dialectique du développement de la science.

Mais aujourd’hui, l’imprécision des poids entiers des isotopes a acquis une signification différente, mais également profonde.

Du fait que le poids d'un atome d'hélium est inférieur de 0,6 % au poids de quatre atomes d'hydrogène, les astronomes ont conclu que l'hydrogène se transforme en hélium à l'intérieur des étoiles et en même temps 0,6 % de la masse (0,006 s 2 = 5,4 10 18 erg/g) est convertie en énergie de rayonnement stellaire. Il convient particulièrement de souligner que cette conclusion a été tirée bien avant que le développement de la physique nucléaire ne montre des moyens spécifiques pour une telle transformation. » Cette excursion dans Nous en avions besoin pour dire que l'énergie de gravité, libérée sous une forme ou une autre, entraîne également une diminution de la masse de l'ensemble par rapport à la masse de l'ensemble des parties. La masse d'une étoile à neutrons est inférieure de 10 à 15 % à la somme des masses de ses particules constitutives. C'est cette différence de masse qui est la source d'énergie et l'explosion de supernova qui accompagne la formation étoile à neutrons, même si une très grande partie de cette énergie est emportée par les neutrinos.

Ce n'est probablement pas une coïncidence si W. Heisenberg, l'un des plus grands physiciens de notre siècle, a intitulé son autobiographie « Partie et tout » (Der Teil und das Ganze).

L'émergence de nouvelles propriétés dans un tout lorsque des parties sont ajoutées est l'une des questions les plus profondes de la science, Plus tôt encore, dans le livre remarquable de L. D. Landau et E. M. Lifshitz, « Field Theory », une preuve exacte et strictement formelle a été réalisée que la masse (et donc l'énergie) d'un monde fermé est identiquement égale à zéro. Le raisonnement précédent permet de comprendre clairement cette affirmation. L'énergie gravitationnelle négative de l'interaction des parties compense exactement l'énergie positive de la somme de toutes les parties, la substance entière. La théorie de la relativité générale, reliant la gravité et la géométrie, prouve que la compensation exacte se produit quand et exactement quand elle devient espace fermé

, dans lequel se trouve la substance. Ainsi, la théorie de la relativité générale supprime le dernier obstacle à la naissance de l’Univers « à partir de rien ». L’énergie du « rien » est nulle. Mais j'ai aussi de l'énergie univers fermé

égal à zéro. Cela signifie que la loi de conservation de l'énergie ne contredit pas la formation « à partir de rien » d'un Univers fermé (mais précisément d'un Univers géométriquement fermé, et non ouvert et infini).

CONCLUSIONS ASTROPHYSIQUES. UN UNIVERS PULSANT EST-IL NÉCESSAIRE ?

* Les conséquences astrophysiques de la fermeture de l'Univers ont été discutées en détail dans mon précédent article dans Nature*. Zeldovitch Ya.(Cosmologie moderne // Nature. 1983. N° 9. P. 11-24. )

Note éd.

La première conséquence est que la densité totale de tous les types de matière doit être assez grande ; Il existe donc un argument supplémentaire en faveur d’une certaine forme de « masse cachée », puisque la densité des formes de masse habituelles bien connues (protons, noyaux, électrons, photons) est insuffisante.

* Notez cependant l'option indiquée dans mon article dans « Nature » (1984. n° 2) : peut-être que la constante cosmologique n'est pas égale à zéro et a un signe tel qu'elle remplace une partie de la masse. Puis l’expansion se poursuit sans limite, le monde n’est pas « fermé » le long de l’axe du temps (il y a naissance, il n’y a pas d’effondrement général), malgré sa fermeture spatiale.

Dépendance du rayon d'un Univers fermé a au temps] "la théorie de l'évolution cyclique.
Au point A (le rayon est minimal), il y a une transition de la compression à l'expansion,
au point B (rayon maximum), l'expansion cède la place à la compression.

L'idée d'un monde fermé, d'abord en expansion puis en contraction, a conduit de nombreux scientifiques à émettre l'hypothèse d'un Univers éternel et palpitant. Il ne restait plus grand-chose à faire - au sens figuré et littéral du terme : il est clair comment l'expansion s'arrête et se transforme en compression lorsque grand rayon (maximum) de l'Univers, il reste à comprendre comment se produit la transition de la compression à l'expansion à petit rayon (minimum). La popularité de l'idée d'un Univers éternel (dans le passé !) s'est accrue lorsqu'on s'est rendu compte qu'en prenant en compte la polarisation du vide par la courbure de l'espace (fort champ gravitationnel) ou en raison du champ gravitationnel, le dont la source est un champ scalaire de masse non nulle, il existe vraiment des des décisions strictes* taper

avec un rayon minimum 1/Н 0 de l'ordre de 10 -28 cm Ces solutions existent formellement en théorie classique. Quels arguments peut-on opposer à ces décisions ?

* Les solutions de ce type sont dites inflationnistes. ( Note éd. )

Dépendance du rayon de l'Univers a au temps t dans la théorie de l'évolution cyclique, prenant en compte la croissance de l'entropie. L'état actuel de l'Univers est décrit par le point B, t 0 - le "début" nécessaire.

Dans les années 1930, un argument thermodynamique sérieux a été avancé contre un Univers éternel et répétitif de manière cyclique. Durant chaque cycle, l'entropie augmente*. Cela conduit au fait que l'amplitude de chaque cycle suivant est supérieure à l'amplitude du précédent. En inversant cet argument, nous pouvons conclure qu’il existe un nombre fini de cycles, en commençant par le premier cycle avec une entropie nulle. Mais dans ce cas, l'objectif n'est pas atteint - l'Univers en évolution cyclique s'avère toujours exister heure de fin, c’est-à-dire a besoin d’un « début ».

* Il existe un point de vue selon lequel, lorsque l'expansion est remplacée par une compression, une augmentation de l'entropie est simultanément remplacée par sa diminution. Dans le même temps, ils évoquent également le changement mystique dans le sens de la « flèche du temps ». L'influence d'une expansion ou d'une compression lente et générale sur des processus spécifiques se produisant avec des particules ou dans des étoiles semble totalement antiphysique et en aucun cas justifiée.

Au tout moment dernièrement avec V.A. Belinsky, L.P. Grishchuk et I.M. Khalatnikov, nous avons analysé l'expansion et la contraction de l'Univers rempli de masses cohérentes champ scalaire *.

* Belinsky V.A., Grishchuk L.P., Khalatnikov I.M., Zeldovich Ya B.// JETP. 1985. T. 89. pp. 346-355. Note éd. )

( Des calculs similaires ont été effectués précédemment, mais peut-être avec des conclusions moins claires. Sans entrer dans les détails, je présente les résultats. Selon que le champ scalaire est j Des calculs similaires ont été effectués précédemment, mais peut-être avec des conclusions moins claires. Sans entrer dans les détails, je présente les résultats. Selon que le champ scalaire est presque statique (m 2 >>h j" Des calculs similaires ont été effectués précédemment, mais peut-être avec des conclusions moins claires. Sans entrer dans les détails, je présente les résultats. Selon que le champ scalaire est 2 <2 >>h 2) ou changeant rapidement et presque sans masse (m Des calculs similaires ont été effectués précédemment, mais peut-être avec des conclusions moins claires. Sans entrer dans les détails, je présente les résultats. Selon que le champ scalaire est 2), la relation entre la pression et la densité d'énergie change et (ici h = 10 -14 J s est la constante de Planck, le tiret est la dérivée par le temps). Dans le premier cas p = - e par le temps). Dans le premier cas p = -, la répulsion gravitationnelle a lieu, dans le second cas, lorsque la pression est maximale, p = +

- l'attraction gravitationnelle. par le temps). Dans le premier cas p = - En principe, les deux cas peuvent se produire lors de la compression et de la dilatation.

Cependant, lors de la compression, le deuxième mode est stable, p = +- la pression du champ résiste à la compression. Dans ce cas, la solution classique conduit à une singularité, le rayon de l'Univers tend vers zéro, et la courbe de compression touche l'axe des abscisses. Les solutions avec une transition en douceur de la compression à l'expansion s'avèrent exceptionnelles et peu probables. Mais il ne s’agit même pas d’une étude détaillée des courbes. Plus importante est l’analyse des hypothèses qui doivent être formulées pour résoudre le problème.
Compression singulière de l'Univers à pression positive p = + e.
(gardez à l'esprit que t<= t 0 ).

Nous considérons un champ scalaire strictement homogène et un Univers strictement homogène et isotrope. L'homogénéité signifie la similitude, l'équivalence de tous les points spatiaux au même moment fixe dans le temps. L'isotropie signifie l'équivalence de toutes les directions spatiales.

Dans le problème de l'expansion, ces hypothèses sont raisonnables : lors de l'expansion, la région dans laquelle le champ scalaire est maximum s'étend le plus rapidement. Dans ce cas, le champ scalaire classique devient pratiquement constant et tous les autres champs (en particulier le champ électromagnétique qui viole l'isotropie) diminuent rapidement.

* Pour plus d'informations sur la phase inflationniste et les travaux d'A.D. Linde, voir par exemple : Novikov I.D. Comment l'Univers a explosé // Nature, 1988. N° 1. P. 82-91. (NDLR)

Cependant, lors de la compression, on peut s'attendre à une énorme instabilité, à une violation de l'homogénéité et de l'isotropie. Par conséquent, l’option selon laquelle l’Univers passerait par un certain rayon minimum devient encore moins probable lorsque l’on prend en compte les perturbations. Essentiellement, cet argument est proche des considérations sur l’augmentation de l’entropie. Ainsi, même si ce n’est pas un théorème, nous sommes encore suffisamment incités à réfléchir à la naissance spontanée de l’Univers, éliminant ainsi l’idée d’un Univers cyclique.

À PROPOS DE LA NAISSANCE SPONTANÉE

Le célèbre humoriste A. Averchenko, avant la révolution, commençait son « Histoire du monde » par les mots : "L'histoire des Mèdes est sombre et incompréhensible. Les savants la divisent cependant en trois périodes : la première, dont on ne sait absolument rien. La seconde, qui a suivi la première. Et, enfin, la troisième période, dont on ne sait absolument rien. on sait beaucoup de choses sur les deux premiers.

Je crains que la dernière partie de mon article sur les débuts de l'histoire de l'Univers ne ressemble à l'histoire ancienne de l'humanité présentée par A. Averchenko. Jusqu’à présent, nous avons seulement exploré la possibilité fondamentale de la naissance de l’Univers. Que peut-on dire du mécanisme spécifique de ce phénomène ? Il faudra se limiter à poser des questions.

Tout d’abord, les mots « rien », « à partir de rien » peuvent recevoir différentes interprétations. Vous pouvez imaginer un espace Minkowski plat et vide – en soi, une telle solution aux équations de la relativité générale existe et elle est éternelle. La naissance pourrait être imaginée comme une série d’images (voir figure).

La naissance d'un Univers fermé (le bal de la dernière partie de IV Fig.)
du monde plat de Minkowski (M au stade I).
Dans les étapes intermédiaires, loin des fluctuations,
conduisant à la naissance (séparation) d'une boule, la métrique reste plate (« minkowskienne »).

N’oubliez pas qu’il s’agit d’une analogie unidimensionnelle. Je ne sais pas comment décrire la naissance d’un espace fermé tridimensionnel (à partir d’une section tridimensionnelle) de l’espace Minkowski. Le temps t est un paramètre qui distingue une partie de l'image (I-IV) d'une autre. Après avoir séparé la zone fermée, l'espace restant est à nouveau plat. Mais il n'est plat que dans la limite classique. En fait, dans la théorie quantique, la métrique de l’espace fluctue également, tout comme un oscillateur a une certaine cinétique moyenne et la même énergie potentielle, qui n’est pas égale à zéro dans l’état d’énergie inférieur.

Ainsi, dans la figure ci-dessus, nous parlons d’une fluctuation – mais d’une fluctuation si grande que la topologie elle-même change, l’espace bifurque. Aujourd’hui, nous ne savons pas comment calculer de telles fluctuations. Permettez-moi de vous rappeler que nous ne trouvons les propriétés mêmes du vide (son énergie moyenne, c'est-à-dire sa constante cosmologique) que par l'expérience.

La deuxième option populaire consiste à ne considérer qu’un seul monde fermé (sans l’espace sous-jacent ni donnant naissance à l’espace Minkowski). Puis, avant le « début », il n’y avait littéralement rien, pas de mesures, et en particulier, il n’y avait pas de temps.

Naissance spontanée du monde « à partir de rien ». Avant t = 0, la métrique (et en particulier le temps) n’existait pas.

Les équations classiques du mouvement n’ont pas le type de solution requis. Cela signifie que nous devrions rechercher des solutions mécaniques quantiques. Le problème est similaire au problème de un-désintégration d'un noyau d'uranium ou de radium. D'après la mécanique newtonienne classique un-une particule ne peut pas voyager du noyau à l'infini. Solution mécanique quantique pour un-particules décrit les deux régions : la région de la « sous-barrière », dans laquelle l'énergie cinétique est négative (c'est-à-dire que le mouvement classique est impossible), et la région lointaine dans laquelle les deux solutions existent - à la fois la mécanique classique et la mécanique quantique, et elles diffèrent peu les uns des autres.

Semblable à la théorie un-désintégration, une théorie mécanique quantique de la naissance de l'Univers est également construite. Naturellement, le problème n'est désormais résolu que dans l'approximation la plus grossière, en considérant seulement deux grandeurs : le rayon de l'Univers fermé a(t) et le champ scalaire. j. En théorie quantique, les impulsions correspondantes Р a et Р j sont introduites ; Des calculs similaires ont été effectués précédemment, mais peut-être avec des conclusions moins claires. Sans entrer dans les détails, je présente les résultats. Selon que le champ scalaire est la fonction d'onde Y (une, ). L'impulsion P a = M eff = f(a)a" est proportionnelle au taux d'expansion, et dans la limite classique on peut trouver a" = d ). L'impulsion P a = M eff = f(a)a" est proportionnelle au taux d'expansion, et dans la limite classique on peut trouver a" = un/

Notez également que la théorie quantique, même dans son état sous-développé aujourd’hui, fournit un argument en faveur d’un Univers fermé (par opposition à un Univers infini plat ou ouvert). Ce n'est que pour un Univers fermé qu'il est possible de déterminer une certaine valeur non infinie de la masse effective M eff. Quelle que soit la formulation de la mécanique quantique que l'on utilise (fonction d'onde, ou « intégration de chemin », ou toute autre), la probabilité de naissance spontanée d'un Univers infini est identiquement égale à zéro*.

* A. A. Starobinsky et moi avons considéré un Univers plat, fini, comme un tore, en identifiant les parois opposées du cube. Cependant, dans ce cas, l'isotropie exacte de l'espace est perdue : les directions le long des diagonales du cube ne sont pas équivalentes aux directions perpendiculaires aux côtés ou aux arêtes. Cependant, il n’existe pas encore de réfutation formelle d’une telle hypothèse.

Cependant, d’une manière générale, l’interprétation des résultats obtenus n’est pas tout à fait claire. Les formules de la mécanique quantique indiquent opportunité naissance de l'Univers. Les résultats concernant la comparaison de la probabilité de naissance de l'Univers avec l'une ou l'autre valeur initiale du champ scalaire (p. Apparemment, des valeurs plus grandes (p, fournissant une inflation suffisamment importante "^ dans la phase classique sont intéressantes plus probable. Cependant, il n’existe aucune interprétation de la valeur absolue de la fonction d’onde et de la probabilité. Il existe également des raisons plus profondes de scepticisme concernant les théories spécifiques sur la naissance de l’Univers « à partir de rien ».

Le fait est que le développement de la physique fondamentale n’est clairement pas encore terminé ! De plus, c’est aujourd’hui que des théories de plus en plus géométrisées sur les particules élémentaires prennent vie. D'une part, ceci. des théories qui combinent bosons et fermions, qui combinent des variables internes de particules et de champs avec des coordonnées et des transformations de Lorentz. À l’avenir, ces théories devraient fournir une preuve directe de l’existence des champs scalaires, ainsi que déterminer leurs propriétés. Tôt ou tard, une théorie des masses de particules et physiciens nous dira quelle est la masse cachée qui a été découverte astronomes. Les hypothèses sur l’espace-temps de grande dimension sont encore plus étroitement liées à la question de la naissance de l’Univers. À la fin des années 20, l'idée a été formulée selon laquelle il existe une coordonnée « supplémentaire » X 4, pliée en un anneau de longueur l = 2 1 , p 2 , p 3 R, où R est le rayon de l'anneau *. La situation est représentée schématiquement sur la figure. Trois coordonnées spatiales X

X 4 petite valeur I (X 4 + je = X4 ), les mathématiciens appellent compactification. Nous appellerons cette coordonnée X 4 , en gardant à l'esprit que le temps est généralement noté X 0 , et les coordonnées spatiales sont X 1, X2, X3 ), En conséquence, l’espace-temps s’avère être à cinq dimensions. Cette théorie a été proposée par les physiciens T. Kaluza et O. Klein dans les années 20.

En théorie quantique, le mouvement le long de X 4 ou la localisation d'une particule à la coordonnée X 4 nécessite une énergie gigantesque. Par conséquent, dans toutes les expériences jusqu'aux énergies les plus élevées, 10 17 ou même 10 19 GeV (à comparer avec 10 3 GeV dans les accélérateurs des années 80), il n'y a pas de mouvement le long de la coordonnée spéciale X 4 (ou de X 4 à X 9 ) . Les théoriciens de l'éthique disent que dans limite d'énergie basse l'espace-temps reste effectivement quadridimensionnel. Si, par ailleurs, on se limite à des tailles petites par rapport aux tailles astronomiques, alors l'espace et le temps sont décrits par la bonne vieille métrique de Minkowski.

Représentation schématique de l'espace Capuza-Klein. Montré est une coupe efficace d'une valeur de temps donnée X 0 =const, trois coordonnées spatiales X 1, X2, X3 remplacé par un - X. Le résultat est une surface bidimensionnelle du tube avec les coordonnées X, X 4 sur la surface.

Augmenter le nombre de variables compactifiées (« effondrées ») de 1 à 6 ou 7 (transition vers l'espace-temps originel à 10 dimensions) permet d'introduire non seulement le champ électromagnétique, mais aussi les champs (W ± , Z° ) qui décrivent l'interaction faible, et les champs (gluons), qui décrivent l'interaction forte. De plus, la théorie de la supersymétrie, qui combine les champs bosoniques (comme le champ électromagnétique) et les champs de fermions (comme le champ électron-positon), est également « géométrique » : elle introduit de nouvelles variables surprenantes, mais géométriques.

Le rêve d'A. Einstein de géométriser toute la physique semble aujourd'hui beaucoup plus réel qu'il y a à peine 5 ou 10 ans.

La première raison (et non la plus importante) est que nous assistons enfin à la naissance de théories dont les champs scalaires sont une conséquence nécessaire. L’importance des champs scalaires a déjà été évoquée : sans eux, il n’y aurait pas d’Univers inflationniste. La polarisation du vide en tant que source d'énergie et de pression négative pour l'inflation (gonflage) de l'Univers est également un type de champ scalaire.

Cependant, le deuxième aspect de l’influence des théories aux dimensions « supplémentaires » sur la cosmologie est plus significatif et plus spécifique. Au moment de la naissance dans un monde fermé, les variables spatiales X 1 , p 2 , p 3 varient dans des limites très étroites de l’ordre de 0< 2astronomes. a(t), où a(t) tend vers 0 lorsque t tend vers 0. Il est naturel de supposer dans ce cas qu'en réalité l'Univers naît symétrique dans toutes les variables spatiales (dimension D = 5 ou plus). La division des variables géométriques en variables « internes », c'est-à-dire compactées, D = 4 et en trois variables géométriques ordinaires et le temps n'intervient que plus tard. Cette séparation est une rupture de symétrie spontanée typique ! Au départ, nous avons, par exemple, une "boule" à 9 dimensions, dont toutes les directions sont équivalentes, et plus tard 6 dimensions se figent avec un 4 -a 9 (leurs dimensions caractéristiques sont d'environ 10 -33 cm) *, et trois dimensions grandissent exponentiellement et, à la fin, ils deviennent plus grands que 5000 Mpc = 10 28 cm, c'est-à-dire plus grands que toute la région observable de l'Univers.

Nos intentions restent les mêmes qu’auparavant : décrire la naissance de l’Univers « à partir de rien ». Cependant, la mise en œuvre concrète de cette intention devient complètement différente par rapport aux premières options. * Taille 10 - 33 19 cm correspond à l'énergie et 10 *

GeV, à partir duquel les propriétés quantiques de la gravité deviennent significatives. (NDLR) La naissance d'un monde symétrique avec des coordonnées X 4 et X1, X2, X3 lors de la "congélation" X 4 (à l'instant t 2

ÉPILOGUE

Le 2 décembre 1987, l'éminent physicien soviétique Ya.B. Zeldovitch. Ses 56 années d'activité scientifique extraordinairement prolifique couvrent des domaines aussi disparates que la physique chimique, la théorie des particules, les travaux sur les fusées, les armes nucléaires et thermonucléaires et, au cours des 25 dernières années, l'astrophysique et la cosmologie. Les mérites de Zeldovich sont très grands en tant qu'enseignant de jeunes scientifiques, auteur de monographies, d'articles populaires et de critiques.

L'un d'eux * est particulièrement approprié de rappeler ici, puisque son sujet a été récemment abordé dans les pages du magazine **. Nous parlons de ce que l’on appelle la « théorie relativiste de la gravité » (RTG), dont les auteurs tentent de la comparer à la théorie générale de la relativité d’Einstein (GTR). Zeldovich et Grishchuk ont ​​montré de manière convaincante qu’il s’agit en fait d’une formulation équivalente des équations de la théorie d’Einstein, et non d’une nouvelle théorie. Dans RTG, en plus de l'espace de Riemann courbe, un espace plat auxiliaire est introduit. Il n’est cependant pas légitime d’interpréter des quantités définies en fonction de cet espace comme observables.

* La déclaration des auteurs de RTG sur l'ambiguïté des conclusions de la relativité générale est incorrecte. Le refus de considérer des structures topologiques de l’espace-temps autres que celles du monde de Minkowski, notamment de considérer le modèle cosmologique d’un Univers fermé, est également infondé. C'est ce modèle qui semble le plus plausible. Zeldovich en discute dans cet article.

** Zeldovitch Ya B., Grishchuk L.P. Gravité, relativité générale et théories alternatives // Usp. physique Sci. 1986. T. 149. Numéro. 4. pages 695-707.

Logunov A.A.

Zeldovich se donne pour tâche de construire une théorie cosmologique complète de l'Univers primitif, décrivant la toute première étape «quantique-gravitationnelle» de l'Univers en expansion et répondant à la question - comment sont apparues les caractéristiques qualitatives et quantitatives de la structure de l'Univers, qui apparaîtront plus tard, pourquoi l'Univers est exactement tel que nous sommes. Nous l'observons.

Une théorie cosmologique complète est profondément liée à la construction d'une théorie unifiée de toutes les interactions existantes des particules élémentaires, c'est-à-dire les interactions électromagnétiques, faibles, fortes et gravitationnelles ; Comme prévu, une telle théorie devrait inclure une révision en profondeur des idées sur la structure de l'espace sur ce que l'on appelle l'échelle gravitationnelle quantique (il s'agit d'une échelle de l'ordre de 10 -33 cm dans l'espace et de l'ordre de 10 -44 s pour l'âge de l'Univers), pour lequel il faut considérer les effets gravitationnels quantiques. Jusqu’à présent, nous approchons seulement de la compréhension de toutes ces questions les plus fondamentales concernant la Nature. Il y a beaucoup d'idées, beaucoup d'espoirs, un travail colossal a été fait et est en cours, mais il y a probablement un chemin beaucoup plus long à parcourir, peut-être sans fin...

Le dernier article de Zeldovich, écrit, comme toujours, de manière très vivante, claire et intelligible, présente au lecteur cette question passionnante et vertigineuse.

L'article décrit les idées selon lesquelles l'asymétrie baryonique observée de l'Univers (et l'asymétrie leptonique « cachée ») est apparue à un stade précoce (hors équilibre) de l'expansion de l'Univers en raison de la différence dans les propriétés des particules et des antiparticules. et l'absence dans la nature d'une loi exacte de conservation du nombre de baryons et de leptons. Dans ce cas, il semble impliquer que l'asymétrie baryonique a le même signe non seulement dans la région de l'Univers que nous observons, mais dans l'Univers tout entier en général. Mais en fait, il semble très plausible que la différence dans les propriétés des particules et des antiparticules soit elle-même de nature secondaire et résulte de l'instabilité du système de champs quantiques en interaction au début de l'évolution (expansion) de l'Univers. Par conséquent, dans différentes régions de l'Univers, spatialement éloignées les unes des autres et probablement très grandes (des milliards d'années-lumière), la différence dans les propriétés des particules et des antiparticules et, par conséquent, l'asymétrie des baryons peut avoir un signe différent. On suppose que dans la partie de l’Univers que nous observons, il n’y a que de la matière, mais que quelque part « beaucoup plus loin » se trouvent des régions antibaryons (constituées d’antimatière, en particulier d’antiprotons, d’antineutrons et de positrons). Dans un Univers fermé, les volumes totaux des régions baryoniques et antibaryons sont, d'une manière générale, différents, et il est même possible que l'Univers entier soit constitué d'une seule région baryonique. Nous soulignons que cette image est complètement différente de celle supposée précédemment par certains auteurs dans le cadre d'un modèle avec conservation de la charge baryonique et séparation spatiale des baryons et des antibaryons utilisant des processus hypothétiques inconnus.

Une autre remarque concerne l'hypothèse d'un Univers pulsé. Il est certainement exact que lors de la compression de l’Univers, on peut s’attendre à une énorme instabilité, à une violation de l’homogénéité et de l’isotropie. Mais cela en soi n'exclut pas la possibilité d'un nombre infini de pulsations (cycles d'expansion et de contraction de l'Univers) dans le futur. Dans le même temps, il est également possible qu'il existe des mécanismes de « nivellement » (tels que la viscosité), et au moins dans certaines pulsations, l'Univers sera qualitativement similaire. la nôtre (« non exclu » signifie que nous ne pouvons ni réfuter ni justifier ces possibilités au niveau actuel des connaissances).

J'ai écrit sur les ondulations dans le futur. Mais est-il possible d’imaginer un modèle de l’Univers conduisant à une séquence infinie de pulsations, continuée dans le futur et au passé ! Apparemment, il existe au moins une option. Considérons un Univers infini spatialement plat. Supposons que les équations de la relativité générale contiennent un terme avec ce qu'on appelle la constante cosmologique. Einstein a également postulé dans l'un de ses ouvrages la présence d'un tel terme à constante cosmologique positive. Nous supposons que la constante cosmologique est négative, ce qui équivaut à « l’auto-attraction » du vide et conduit à des pulsations périodiques de l’Univers. De plus, puisque le volume de l'Univers, son rayon de courbure et son entropie sont infinis, l'augmentation de l'entropie qui se produit, selon la deuxième loi de la thermodynamique, ne provoque aucune différence qualitative entre les pulsations.

Le plus intéressant est le modèle d'univers fermé considéré dans l'article de Zeldovich. Dans ce cas, l'entropie est finie et la loi de son augmentation exclut apparemment la possibilité d'extrapoler l'histoire de l'Univers dans un passé infini. Cependant, il y a ici aussi une « lacune ». On peut supposer que l'axe numérique du temps est une ligne droite infinie dans les deux sens et qu'en un point l'entropie de l'Univers est nulle. Pour être précis, supposons qu'à ce moment l'Univers existe sous la forme d'un très petit volume fermé, par exemple une sphère tridimensionnelle (qui est une généralisation tridimensionnelle de la sphère bidimensionnelle connue de tous depuis l'enfance ). Par définition, un vide a une entropie nulle.

Dans les théories des champs modernes (Zeldovich écrit à ce sujet dans son article), un vide peut exister dans plusieurs états : avec une densité d'énergie égale à zéro - c'est un vide « ordinaire », et aussi avec une densité d'énergie positive et une pression négative - c'est est un « faux » vide, qui a la propriété de « s’auto-répulser ». Le « faux » vide est instable et, après un certain temps, se transforme en un vide « normal » avec la formation de diverses particules et champs et une augmentation correspondante de l'entropie. Tant que le « faux » vide existe, l’Univers se dilate selon la loi exponentielle, ou plus précisément, au voisinage du point zéro – selon la loi du cosinus hyperbolique. L'ensemble de l'image est qualitativement symétrique par rapport au point zéro.

Il est particulièrement significatif que l'entropie augmente automatiquement avec la distance du point singulier. dans les deux sens. Après tout, l’entropie, par sa définition même, est une quantité positive ! Ainsi, nous avons pour ainsi dire deux univers sans interaction, existant indépendamment l'un de l'autre, avec le cours du temps inverse dans un univers par rapport à l'autre. En 1967, j'avais décrit une situation similaire en utilisant le terme « retournement de la flèche du temps »*.

* Il ne manque qu'un seul point dans son article : aujourd'hui, la croyance en la non-conservation de la charge baryonique repose en grande partie sur le fait que l'Univers contient de la matière et ne contient pas d'antimatière. Dans ce cas, nous devons également prendre en compte la différence dans les propriétés des particules et des antiparticules, ainsi que la violation de l'équilibre thermodynamique résultant de l'expansion de l'Univers. Il n’est probablement pas nécessaire de supposer la « naissance » de l’Univers dans un tel modèle, mais cela n’est pas exclu.

// Lettres au JETP. 1967. T. 5. pp. 32-35.

J'écris tout cela non pas pour jeter une ombre sur l'idée de la naissance quantique de l'Univers à un moment précis, mais pour souligner la grande incertitude dans notre compréhension de la situation. Cette incertitude est d’une nature profondément fondamentale, voire philosophique. En particulier, la question du soi-disant principe anthropique, qui explique les caractéristiques de notre Univers par le fait que ce n'est que dans un tel Univers que la vie intelligente pourrait surgir, contrairement au nombre infini d'autres Univers « morts » surgissant spontanément, est philosophiquement aigu.

L'article de Zeldovich montre qu'au moins, il n'y a aucun obstacle à la naissance quantique de l'Univers du point de vue des lois physiques fondamentales de conservation. L'Univers doit être fermé (avoir un volume fini).

• Traduction

Académicien A. D. Sakharov

Il y a quelque temps, une discussion très active a commencé parmi les cosmologues et les philosophes des sciences sur les raisons de l'existence de l'Univers. Oui, nous ne faisons pas de bêtises ici. Tout d'abord, Lawrence Krauss a publié un nouveau livre, "Un univers à partir de rien. Pourquoi vous n'avez pas besoin d'un Dieu pour créer un univers à partir de rien" (basé en partie sur une conférence populaire disponible sur YouTube

Pour des raisons personnelles et scientifiques, j'allais également insérer mon avis. L'origine de l'univers est l'un des sujets de mon travail, et Lawrence et David sont mes amis et partenaires de blog. L'article sera long, je vais donc donner un bref résumé. En gros, le problème du « pourquoi quelque chose existe-t-il ? Il existe deux types de questions. L'un des types, basé sur une plate-forme de lois physiques suffisamment flexible pour permettre l'existence de « quelque chose » ou de « rien » (et le concept de « quelque chose » peut inclure à la fois le temps et l'espace), ressemble à : pourquoi en vrai y a-t-il quelque chose dans la manifestation de la réalité ? Un autre type de question est de savoir pourquoi avons-nous cette plate-forme particulière de lois physiques, ou même quelque chose appelé « lois physiques » ?

Lawrence, pour le dire simplement, aborde le premier type de questions, et David s’intéresse au second, et les deux côtés gaspillent beaucoup d’énergie à insister sur le fait que leur question est la meilleure, plutôt que de reconnaître qu’elles sont différentes. Rien dans la physique moderne n’explique pourquoi nous avons les lois que nous avons et pas d’autres, même si les physiciens en parlent parfois – et c’est une erreur qu’ils auraient pu éviter s’ils avaient pris les philosophes plus au sérieux.

Ensuite, la discussion se transforme rapidement en accusations et en disputes sur de mauvaises choses, ce qui est dommage, car ces gens sont intelligents et sont d'accord sur 95 % des problèmes intéressants, et les chances d'un dialogue productif diminuent constamment.

Comment fonctionne l'Univers

La mécanique quantique, en particulier, est une mise en œuvre particulière mais très polyvalente de ce schéma. (La théorie quantique des champs n’est qu’un exemple spécifique de mécanique quantique, pas une nouvelle façon de penser). Les états sont des « fonctions d'onde » et l'ensemble de toutes les fonctions d'onde possibles d'un système particulier est appelé « espace de Hilbert ». Son avantage est qu'il limite fortement l'ensemble des possibles (car c'est un espace vectoriel : une note pour les experts). Une fois que vous m'avez indiqué sa taille (nombre de dimensions), vous avez complètement défini votre espace de Hilbert. Ceci est radicalement différent de la mécanique classique, dans laquelle l’espace des états peut devenir extrêmement complexe. Et il existe aussi une machine – le « Hamiltonien » – qui indique exactement comment évoluer d’un état à un autre au fil du temps. Je répète qu'il n'existe pas beaucoup de variétés d'Hamiltoniens ; il suffit de noter une certaine liste de grandeurs (valeurs propres de l'énergie - clarification pour vous, experts ennuyeux).

Il est nécessaire de garder l’esprit ouvert quant à la forme que prendront les lois de la physique qui en résulteront, mais presque toutes les tentatives modernes visant à les dériver acceptent la mécanique quantique comme vérité. Cela est vrai à la fois pour la théorie des cordes et pour d’autres approches de la gravité quantique – leurs points de vue peuvent être très différents sur la composition de « l’espace-temps » ou de la « matière », mais ils traitent très rarement les principes fondamentaux de la mécanique quantique avec négligence. Cela s’applique clairement à toutes les options envisagées par Lawrence dans son livre. Sur cette plateforme, déterminer les « lois de la physique » revient à choisir un espace de Hilbert (qui à son tour ne nécessite que de déterminer sa taille) et un hamiltonien. L’une des belles choses de la mécanique quantique est à quel point elle est restrictive ; nous n'avons pas beaucoup de liberté pour choisir parmi les types de lois de la physique. Il semble y avoir beaucoup de place pour la créativité, puisque l’espace de Hilbert peut être très grand et que l’essence simple de l’hamiltonien peut être cachée par nos interactions complexes avec le monde qui nous entoure, mais la recette de base reste la même.

Alors, que signifie le discours sur « l’univers à partir de rien » au sein de cette plateforme ? Nous devons encore choisir entre deux possibilités, mais au moins cette liste de deux éléments est exhaustive.

Première possibilité : le temps est fondamental

Alors, quel est le rapport avec la question « quelque chose contre rien » ? À mesure que l'état quantique de l'Univers évolue, il peut passer par des phases dans lesquelles il ne ressemble à rien au sens conventionnel du terme - c'est-à-dire comme un espace vide, ou comme une étrange phase non géométrique dans laquelle nous ne reconnaîtrions pas l'espace à l'heure actuelle. tous. Plus tard, grâce à l’influence implacable de l’Hamiltonien, il peut évoluer vers quelque chose de très similaire à « quelque chose », voire même de très similaire à l’univers que nous voyons aujourd’hui. Donc, si votre définition du « rien » est le « vide » ou « l’absence d’espace », alors les lois de la mécanique quantique fournissent un moyen pratique de comprendre comment rien ne peut se transformer en quelque chose de merveilleux dans lequel nous nous trouvons. C’est intéressant et important et digne d’un livre, et c’est l’une des possibilités évoquées par Lawrence.

Deuxième possibilité : le temps est secondaire / env.

Bien sûr, nous croyons que nous expérimentons le passage du temps, mais peut-être que le temps est une chose secondaire et non fondamentale (je ne pense pas qu'il soit correct d'utiliser le mot « illusoire » dans ce contexte, mais d'autres ne le sont pas). prudent). Autrement dit, il existe peut-être une description alternative de ce point fixe dans l’espace de Hilbert – une description à peu près similaire à « L’univers évolue avec le temps », du moins pendant un certain temps. Imaginons un bloc de métal posé sur une surface chaude, n'évoluant pas dans le temps, mais avec un gradient de température réparti de haut en bas. Il est conceptuellement possible de diviser ce bloc en couches de température égale, puis d'écrire une équation montrant comment l'état du bloc change d'une couche à l'autre, et de constater que le formalisme mathématique résultant est similaire à « l'évolution dans le temps ». Dans ce cas, contrairement au précédent, le temps peut se terminer (ou commencer) car il s’agissait à l’origine d’une approximation utile, valable sous certaines conditions.

C’est précisément l’option que les cosmologistes quantiques tels que James Hartle, Stephen Hawking, Alex Vilenkin, Andrei Linde et d’autres ont en tête lorsqu’ils parlent de « créer l’Univers à partir de rien ». De ce point de vue, il existe littéralement un moment dans l’histoire de l’univers avant lequel aucun autre moment n’existait. Il existe une limite temporelle (vraisemblablement avant le Big Bang) avant laquelle il n’y avait rien. Peu importe, pas de fonction d’onde quantique ; il n’y avait rien d’antérieur, puisque le concept « pré- » n’a aucun sens. C’est également intéressant, important et mérite d’être écrit dans un livre, et c’est une autre des possibilités évoquées par Lawrence.

Pourquoi l’Univers existe-t-il ?

Alors de quoi devrions-nous nous plaindre ? Si vous y réfléchissez bien, un tel raisonnement, si vous acceptez une définition spécifique du concept de « rien », peut expliquer comment l’Univers peut naître de rien. Mais ils n'expliquent pas, ni même n'essaient d'expliquer, pourquoi quelque chose existe - pourquoi cette évolution d'une fonction d'onde, ou pourquoi même tout ce système de "fonctions d'onde" et d'"Hamiltoniens" serait une manière valable de raisonner sur l'Univers. . Et peut-être que ces questions ne vous intéressent pas, et que personne n'a le droit de vous retirer le droit de ne pas vous y intéresser ; mais si le sous-titre de votre livre est « Pourquoi quelque chose existe au lieu de rien », vous renoncez essentiellement au droit de ne pas vous y intéresser.

Le développement de la physique et de la cosmologie modernes nous aide-t-il à aborder ces questions : pourquoi il existe quelque chose appelé « univers », pourquoi il existe des choses telles que les « lois de la physique », pourquoi ces lois prennent la forme de la mécanique quantique, pourquoi cette fonction d'onde particulière et hamiltonien ? Bref, non. Je ne sais pas comment ils pourraient faire cela.

Parfois, les physiciens font semblant de répondre à ces questions, ce qui est une mauvaise chose car ils sont simplement paresseux et n'essaient pas de réfléchir attentivement au problème. Vous pouvez, par exemple, entendre des affirmations selon lesquelles nos lois de la physique pourraient être les seules sortes de lois concevables, ou les plus simples possibles. Mais ce n’est clairement pas le cas. Dans le cadre de la mécanique quantique, il existe un nombre infini d’espaces de Hilbert possibles et un nombre infini d’hamiltoniens possibles, chacun définissant un ensemble parfaitement valide de lois de la physique. Et une seule d’entre elles peut être correcte, il est donc absurde de dire que nos lois peuvent être les seules possibles.

Les appels à la simplicité n’aident pas non plus ici. L'univers pourrait être le seul point qui ne change pas avec le temps. Ou un seul oscillateur, oscillant sans fin d'avant en arrière. Ce serait très simple. Un jour, une certaine définition de la simplicité apparaîtra peut-être, selon laquelle nos lois se révéleront les plus simples, mais il y en aura toujours d'autres selon lesquelles elles ne le seront pas. Quoi qu’il en soit, on pourrait alors se poser la question : pourquoi les lois devraient-elles être simples ? De même, l’affirmation « peut-être que toutes les lois physiques sont réelles quelque part » ne répond pas à notre question. Pourquoi toutes les lois physiques sont-elles réelles ?

Et parfois, d’un autre côté, les cosmologistes modernes parlent de différentes lois de la physique dans le contexte du multivers et suggèrent que nous voyons un ensemble de lois et pas un autre, pour des raisons fondamentalement anthropiques. Mais là encore, il s’agit d’une simple négligence. Nous parlons d’une manifestation à faible énergie des lois fondamentales, mais ces lois fondamentales sont les mêmes dans tout le multivers. Reste la question de l’existence de ces lois profondes qui créent le multivers.

Fin de l'explication

Pourquoi les questions n’existent pas en vase clos ; ils ont du sens dans un certain contexte explicatif. Si nous demandons « pourquoi le poulet a-t-il traversé la route ? » [thème populaire des courtes blagues / env. trad.], nous comprenons qu'il existe des choses telles que les routes, qu'elles ont des propriétés spéciales, et que les choses appelées « poulets » ont des objectifs et des motivations différents, et qu'il y a des choses qui existent de l'autre côté de la route ou d'autres avantages de la traverser. . Ce n’est que dans ce contexte qu’une réponse significative à la question « pourquoi » peut être proposée. Mais l’univers et les lois de la physique ne s’inscrivent pas dans un contexte plus large. Il s’agit déjà du plus grand contexte existant, à notre connaissance. Il n’y a rien de mal à reconnaître que la séquence d’explications s’interrompt quelque part, et que la seule explication restante peut être « c’est juste ainsi que les choses fonctionnent ».

Eh bien, ou pas. Nous devons être de bons empiristes et être ouverts à la possibilité que ce que nous considérons comme l’univers existe dans un contexte plus large. Mais alors nous le redéfinirons probablement comme l’univers et nous retrouverons avec les mêmes questions. Tant que vous acceptez que l’univers a plus d’une manière imaginable d’exister, la chaîne d’explication aura toujours une fin. Je me trompe peut-être, mais insister sur le fait que « l’univers doit s’expliquer » est assez déraisonnable.

Sons et furies

Premièrement, je pense que le livre de Lawrence a beaucoup plus de sens dans le cadre du débat populaire « athéisme contre théisme » plutôt que comme simple examen philosophique approfondi d’un vieux problème. La postface du livre a été écrite par Richard Dawkins, et Lawrence a d'abord demandé cette faveur à Christopher Hitchens alors qu'il n'était pas encore très malade - et ces deux personnes, bien que très intelligentes, ne sont ni des cosmologues ni des philosophes. Si vous décidez de rejeter les affirmations sur la nécessité de l’existence (ou de l’utilité) d’un Créateur dans le cadre cosmologique, alors les arguments ci-dessus sur la « création à partir de rien » s’appliquent réellement. L’univers physique peut parfaitement se suffire à lui-même ; il n’a besoin de rien ni de personne extérieure pour démarrer, même s’il a eu un « commencement ». Cela ne répond pas à la question classique de Leibniz, mais il ne fait aucun doute que ce fait constitue une propriété remarquable de la physique moderne et a des implications intéressantes pour la cosmologie fondamentale.

Deuxièmement, après la publication de la critique de David, Lawrence a attaqué sans succès les « philosophes idiots » et la philosophie en général, au lieu de continuer à mener une discussion significative sur les questions d'intérêt. Comme la plupart des scientifiques, Lawrence tire peu de la philosophie des sciences. Mais le but de la philosophie n’est pas d’être utile à la science, pas plus que celui de la mycologie n’est d’être utile aux champignons. Les philosophes des sciences n'essaient pas de faire de la science ; ils tentent de comprendre comment la science fonctionne et comment elle devrait fonctionner, choisissent la logique et les normes qui sous-tendent l'argumentation scientifique, situent la connaissance scientifique dans un contexte épistémologique plus large et font de nombreuses autres choses intéressantes. choses sans prétendre être de la science. Et si cela ne vous intéresse pas, ce n'est pas grave. Mais n’essayez pas de saper la légitimité d’un domaine en l’attaquant : c’est stupide et peu intellectuel, et cela représente exactement la même réticence à discuter respectueusement avec des chercheurs d’un autre domaine que nous déplorons lorsqu’il s’agit de science. C'est dommage que des gens intelligents qui sont d'accord sur les choses les plus importantes ne puissent pas être en désaccord sur tout le reste sans recourir aux insultes. Nous devons essayer de dépasser cela.

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