Зорница, 01/2019
От дълбока древност човечеството неизменно си задава големия въпрос Имал ли е светът начало и какво е представлявало то? От няколко поколения насам въпросът получава научен отговор, състоящ се от две думи: „Голям взрив“. Обяснението звучи просто и се радва на огромна популярност, не на последно място чрез едноименната телевизионна комедия.
Малцина обаче вникват в смисъла на понятието, а още по-малко си правят труда да научат как е била изградена стоящата зад него фундаментална физична теория. Това е естествено; научните проблеми никога не са предизвиквали масов интерес. Но същевременно по темата за Големия взрив охотно се дебатира, най-често от лаиците. От първите си стъпки досега теорията е била нападана от противоположни идеологически позиции. В ранните десетилетия на съветския (и българския) комунизъм тя е официално заклеймена като „буржоазна“ и „въвеждаща идеята за създател на света“. От друга страна, немалко фундаменталистично настроени християни съзират в нея „отхвърляне на библейския модел на Сътворението“. Което пък затвърждава мнението на все повече наши съвременници, че е дошло времето идеологиите, били те религиозни или не, да бъдат погребани и „всичко да се обяснява само от науката“.
В малка поредица от статии ще хвърлим повече светлина върху теорията за Големия взрив: нейното възникване, нейните основания и въпросите, които повдига. Тези въпроси са големи и хвърлят големи предизвикателства. Нека подчертаем, повече предизвикателства към невярващите, отколкото към вярващите.
Кратка история на космологията
Първоначално космологията била чисто философска дисциплина – всяко едно сериозно учение предлагало свое обяснение за произхода на света. Въз основа на умножаващите се наблюдателни данни, космологията започва да се развива и като дял от астрономията. От XVII до XX век, с помощта на все по-мощни телескопи, наблюдаемата от нас Вселена „нараства“ милиони пъти. Най-напред са определени размерите на нашата звездна система, Млечния път; тя е 20 000 пъти по-голяма от разстоянието до най-близката до нас звезда (около 4 светлинни години). После се оказало, че Вселената съдържа милиарди подобни галактики, групирани в купове и свръхкупове. А от половин век насам вече се знае, че тези групировки са подредени в тънки стени, ограждащи огромни празни пространства, хиляди пъти по-големи от една средна галактика. С други думи, Вселената може да се оприличи на гигантска пчелна пита, а домът на човечеството, Земята, е нищожна частичка от стената на една от „килийките“.
Пространствените мащаби на Вселената са необозрими и потресаващи. Те не могат да не повдигнат тревожния въпрос дали ние изобщо играем някаква роля в нея. Още в старозаветни времена, когато Вселената за нас се е свеждала до Земята, планетите и близките звезди от Млечния път, псалмопевецът вече се пита: „Когато гледам Твоите небеса, делото на Твоите пръсти, Луната и звездите, които Ти си отредил, казвам си: „Що е човек, та да го помниш? Или човешки син, та да го посещаваш?“ (Пс. 8:3,4). Един астроном-наблюдател от XX век може само да се съгласи с тези думи. И все пак, не по-малко удивително е, че този нищожен човек, обитател на една нищожна планета, има способността да си задава такива въпроси и да им търси отговор. Да развива наука, способна да надникне в най-отдалечените краища на Вселената. И даже да гради научни теории, способни да „върнат часовника назад“ и да опишат какво се е случило в нейната бебешка възраст. Но към големите въпроси ще се върнем по-късно.
Преди един век физиката и астрономията са вече достатъчно напреднали, за да положат основата на първите космологични теории. Най-напред е разработена Общата теория на относителността (ОТО), чиято стогодишнина бе тържествено отбелязана през 2016 г. Тя дава на учените необходимия инструмент, с който да описват Вселената като една цялостна система, в която действа силата на гравитацията. Твърдото убеждение на един от нейните създатели, Алберт Айнщайн, е че Вселената е статична, т.е. не променя своите размери във времето. За негово разочарование, това разбиране ще претърпи крах в рамките на едва едно десетилетие.
Най-напред белгиецът Жорж Льометр показва въз основа на самата ОТО, че Вселената трябва да се разширява, и дори дава оценка с каква скорост трябва да става това. Любопитен, но немаловажен факт е, че Льометр е католически свещеник, ръкоположен в същата година, когато става студент-магистър в Кеймбридж[1]. Първоначално той определя най-ранната Вселена като „космическото яйце, избухващо в момента на Сътворението“. (Понятието „Голям взрив“ е иронично и е измислено по-късно от противници на теорията.) През 1931 г. Льометр пръв предсказва, че Вселената се разширява ускорително, което беше удостоверено чрез наблюдения едва в края на ХХ век. Айнщайн първоначално отхвърля тезите на Льометр с известните думи: „Математиката ви е брилянтна, ала физиката – ужасна“.
Няколко години по-късно обаче моделът на статичната Вселена ще получи втори тежък удар, този път от страна на астроном-наблюдател. Американецът Едуин Хъбъл открива, че разстоянието до далечните галактики е пропорционално на скоростта, с която те се отдалечават от нас. Такава картина съответства на разширяваща се Вселена, в която галактиките са разпределени равномерно в пространството, а самото пространство се раздува подобно на гумен балон. В чест на своя откривател законът за разбягването на галактиките е наречен закон на Хъбъл, а през октомври 2018 г. Международният астрономичен съюз заслужено го преименува на закон на Хъбъл-Льометр, като отчете и пионерския принос на великия белгиец.
Айнщайн е принуден да признае, че се е лъгал. Законът на Хъбъл става един от наблюдателните стълбове на модерната космология. Става ясно, че Вселената има своето начало във времето; нещо повече, самото време има начало заедно с нея.
* * * * *
Зорница, 02/2019
Въпреки откриването на закона на Хъбъл, мнозина водещи учени продължавали да се отнасят скептично към теорията за разширяващата се Вселена. Издигат се алтернативни хипотези, които трябва да „спасят“ стационарността на всемира. Някои изследователи обаче не се плашат от преобръщането на дотогавашните научни представи, а правят следващи стъпки към развитие на теорията. Един от тях се казва Георгий (Джордж) Гамов. След като успява да се измъкне от Сталинския СССР, през 1934 г. той се установява в САЩ и има забележителна кариера във физиката.
Гамов се връща към идеите на отец Льометр за първичния космически атом[2] и предполага, че в ранната Вселена е преобладавало лъчението (светлината), а не веществото. Тази ранна Вселена трябва да е била доста по-плътна от настоящата, тъй като цялото вещество от безбройните галактики е било скупчено в малък обем. Налягането е било огромно, а светлината нагрявала веществото до огромни температури. От тези съображения Гамов издига теория за горещата Вселена. При невъобразимите условия на огромни плътности и температури, в „младенческата възраст“ на света е бил възможен термоядрен синтез на по-тежки химични елементи от по-леки. Заедно със своя млад сътрудник Алфер, през 1948 г. Гамов показва, че измерените количества на водорода и хелия, най-разпространените елементи в космоса, могат да се обяснят с такъв първоначален термоядрен синтез. Впоследствие се оказва, че същото не важи за по-тежките елементи – те са продукт на термоядрения синтез в звездите, т.е. възникнали са на много по-късен етап от еволюцията на Вселената. Но по отношение на водорода и хелия теорията за горещата Вселена жъне успех. Появява се още едно силно научно свидетелство, че Голям взрив се е случил.
Но Гамов не спира дотук. Той изследва теоретично момента, когато разширяващата се Вселена се е била разредила достатъчно, за да стане прозрачна за светлината. От този момент насетне светлината би трябвало да се разпространява безпрепятствено и ние, наблюдателите от един късен период на вселенската история, би трябвало да можем да я регистрираме. Излъчена в далечното минало, тя е „реликт“ (остатък) от него и трябва да носи отпечатъка на тогавашните физични условия. Най-вече, тя трябва да идва до нас с еднаква интензивност от всички посоки, понеже тогава още не са били възникнали галактиките и въобще големи струпвания на вещество, които могат да я погълнат. С други думи, днес би трябвало да наблюдаваме равномерен светлинен фон, към която и точка на небето да насочим поглед. Ражда се понятието „реликтово“ или „фоново“ космическо лъчение. Теорията за горещата Вселена предсказва, че то трябва да бъде регистрирано в областта на ултракъсите радиовълни.
Минават десетина години и това наистина се случва! Макар и напълно неочаквано за откривателите му. През 1964 г. американските астрономи Пензиас и Уилсън правят първи тестове на прибор, който трябва да се използва за радиоастрономически наблюдения и за комуникация със спътници. И съвсем случайно регистрират равномерно фоново излъчване, чийто източник не могат да обяснят. Отхвърляйки последователно всевъзможни предположения – включително замърсяване на антената от гнездящи птици! – те стигат до извода, че източникът на лъчението е в далечния космос, при това във всички направления. Не след дълго става ясно, че „реликтовото излъчване“ от ранната Вселена е единственото обяснение на феномена. Освен от наблюдаваните количества на водорода и хелия, теорията за горещата Вселена се потвърждава от измерената първозданна светлина.
Все пак учените осъзнават, че първоначалните струпвания на вещество в ранната Вселена трябва да се отразят на фоновото лъчение. Отклоненията от неговата равномерност (нееднородности) обаче са много малки – тяхното регистриране става възможно едва когато са построени и изведени в орбита сателитни телескопи. Резултатите от три такива последователни мисии, проведени от 1992 до 2018 г.: COBE, WMAP и Planck[3], представиха блестящо наблюдателно доказателство за наличието на нееднородности в ранната Вселена. Тези гигантски сгъстявания са се превърнали в „яслите“, от които ще се родят бъдещите галактики, а в галактиките на свой ред ще се появят звездите.
Наблюдателни доказателства на теорията за Големия взрив: обобщение
И така, понастоящем теорията за Големия взрив е утвърдено и общоприето физично описание на ранната еволюция на Вселената. Тя е развита в т.нар. стандартен космологичен модел. За изграждането му са използвани на практика всички фундаментални теории на модерната физика. Той е подкрепен от солидни наблюдателни доказателства; можем да ги оприличим на негови „стълбове“:
- Законът на Хъбъл, показващ зависимост между разстоянието до далечните галактики и скоростта на отдалечаването им от нас.
- Количествата на водород и хелий във Вселената, съответстващи на условията в нейния първичен „термоядрен реактор“.
- Космическото фоново (реликтово) излъчване, произхождащо от горещата ранна Вселена, и неговите нееднородности, станали зародиш на галактиките.
Разбира се, има още много проблеми и неотговорени въпроси – както при всяка научна теория. За всички хора обаче, учени или лаици, най-интересни са светогледните въпроси, които повдига стандартният космологичен модел. Ще се спрем накратко на най-важните от тях.
* * * * *
Зорница, 03/2019
Що е светогледен въпрос?
За да се спрем на някои светогледни въпроси, които повдига Стандартният космологичен модел, нека уточним какво следва да се разбира под „светогледен въпрос“. Живеем в епоха на размиване на утвърдени граници в човешкото мислене. На практика изчезва границата между сериозно и несериозно – тук съвременните медии изиграха голяма роля, с насмешливия („шоу“) дух, с който се подхожда към почти всички теми. Все по-неясна става границата между науката и шарлатанството, между отговорната журналистика и произвеждането на сензации – достатъчно е да споменем „плоската Земя“ и ежедневните фалшиви новини. Не е чудно, че ни става все по-трудно да различим злободневен от светогледен въпрос: това, което днес ни вълнува, а утре сме го забравили, от онова, което тревожи хората от всички епохи.
Светогледните въпроси засягат дълбоките проблеми на човешкото съществуване и съдба. Кои сме ние, човеците, и какво представлява човешката личност? Какъв е нашият произход? Има ли смисъл нашият живот? Съществува ли изобщо цел на съществуването ни и посока на историята? Стои ли разумен замисъл зад сложно устроения свят и необятната Вселена? Възможно ли е да бъде победена смъртта? Това са въпросите, връщащи се към нас отново и отново, колкото и да се опитваме да избягаме от тях. Отговорите, които възприемем, ще определят как гледаме на себе си и на света. Например, въпросите за възрастта на Земята и на Вселената или за природните механизми на появата и развитието на един животински вид не са светогледни въпроси. Конкретният им отговор няма да отговори на насъщните ми нужди като човешко същество, нито ще положи (или развали) основата, на която градя живота си. Напротив, отговорите, които давам на светогледните въпроси, решително определят ценностите, стремежите и идеалите ми.
Като цялостна научна теория за самото начало и развитие на Вселената, Стандартният космологичен модел безспорно повдига светогледни въпроси. Ето може би най-важните три от тях.
Светогледен въпрос 1:
“Вечна или сътворена е Вселената?”
Всъщност това е един от първите въпроси, които мислителите от всички векове са си задавали. Ако приемем, че Вселената е вечна, нейното съществуване не се нуждае от обяснение, докато една Вселена, която има начало, ни насочва да търсим нейна Първопричина. В опита си да избегнат Първопричината, материалистичните философски системи определят природата като затворена система, в която всяко явление има своя природна причина достатъчно назад във времето, докато самата Вселена – не. С други думи, те приемат една безкрайна верига от причини и следствия, с която може да обясни всичко съществуващо, но не и съществуването на света.
Дали обаче съществуването на света не се нуждае от обяснение? Още Тома Аквински (XIII в.) разглежда причината по-скоро като основа за съществуването, а не като обяснение защо нещо е възникнало. Оттук той развива тезата, че само крайни, променящи се и ограничени неща се нуждаят от причина за съществуването си. (Затова Бог не се нуждае от такава причина.) Средновековният богослов настоява също, че трябва по-скоро да мислим света не като причинно-следствена верига от възниквания, а като редица от съществувания. Всяка причинност на едно настоящо съществуване трябва да бъде настояща. Причината за едно възникване може да изчезне преди своето следствие, но Причината за съществуването (в продължително време) трябва да е налице едновременно със следствието си. Прибавянето на нови и нови следствия по веригата назад не може да произведе причина от такъв характер.
Светът като цяло също не може да бъде такава причина. Съвременната космология ни казва с голяма степен на сигурност, че Вселената, в която живеем, не е вечна в двете посоки – тя има онтологично[4] начало, заедно с пространството, времето и познатите ни физически закони (т.нар. „Голям взрив“). Засега изследванията показват, че тя вероятно ще продължи да се разширява вечно. Това пък изключва сценария за „пулсираща Вселена“, която в далечното бъдеще отново може да се свие до точка и после вероятно да „избухне“ отново. Но дори ако нови данни ни доведат до ревизия на Стандартния модел, няма физическа гаранция за вечно пулсиране (и съществуване) на Вселената. И така, като цяло тя може да се приеме за едно „крайно, обусловено и променящо се нещо“ (по Тома Аквински) и не може да бъде причина сама за себе си. Тя трябва да дължи съществуването си на Причина, която трябва да бъде неопределено огромна в качествен смисъл, като основа на съществуването на пространство-времето, на неживата и живата материя, както и на законите, които я описват.
Можем да се съгласим с тези атеисти, които от самото начало са видели в теорията за Големия взрив, заплаха за убежденията им. Християнското учение за всемогъщия Бог, Който създава всичко от нищо (Бит. 1:1) и “повиква в действително съществуване онова, което не съществува” (Рим. 4:17) определено е съвместимо със Стандартния космологичен модел. Само Този, Който Е, може да бъде винаги настоящата Причина на толкова настоящи съществувания, в една Вселена, с която самото пространство и време са взаимно обусловени.
Светогледен въпрос 2:
“Кой е заложил законите на Вселената?”
Закономерността на процесите в природата винаги е поразявала нейните изследователи. Природните закони управляват не само отделните явления и процеси, но и се намират в сложна взаимовръзка помежду си. Колкото повече разширяваме обхвата на едно научно изследване, на толкова повече закони се натъкваме. Например, движението на телата в една планетна система може да се обясни като цяло само със законите на гравитацията. Ако обаче се опитаме да изградим теория за нейното възникване, ще установим колко важна и сложна роля играят химичният състав и температурата на първоначалното вещество, едромащабните движения в него, магнитните полета и т.н. Взаимовръзката между тези многобройни физически закономерности определят дали и кога ще възникне планетна система и как ще се развие във времето. Още по-комплексна е картината, когато разглеждаме Вселената като цяло. Стандартният космологичен модел се изгражда на практика чрез всички фундаментални физични теории, включващи огромно многообразие на природни закони – от управляващите безкрайно малкото (елементарните частици) до управляващите безкрайно голямото (куповете от галактики). И тези закони са съгласувани така, че да се появи и еволюира именно такава Вселена, каквато познаваме. Дори малко по-различни стойности на техните фундаментални константи биха довели до съвсем друг резултат!
Много трудно е да се повярва, че тези закони и взаимната им „настройка“ са възникнали случайно – това би било акт на сляпа вяра или, по-скоро, на сляпа предубеденост. Тези закони са във висша степен логични и затова могат да се формулират на езика на математиката. Но те не са просто конструкции, а неминуемо се спазват; в тях е заложена и „сила“ за изпълнението им. Християнският светоглед дава удовлетворителен отговор на въпроса за произхода и налагането на природните закони. Законите предполагат Законодател. Тяхната логичност и съгласуваност говорят, че този Законодател е разумен и има Свой замисъл за Вселената. Универсалната им приложимост – и на безкрайно малки, и на безкрайно големи мащаби – свидетелстват, че Законодателят е и всемогъщ; Той може да наложи спазването им. Зад „Големия взрив“, разгръщащ не само съществуването на Вселената, но и сборника от закони, на които е подчинена, стои личността на Бог според библейското Откровение.
Светогледен въпрос 3:
“Как да си обясним появата на разумен живот, с потенциал да изучава Вселената?”
Този въпрос е свързан донякъде с предишния; по-точно, с „настройката“ на фундаменталните физични константи, която обуславя Вселената да има познатите ни свойства и в нея да бъде възможно възникването на живот. Оттук започва десетилетният дебат по т.нар. „Антропен принцип“, на който сега няма да се спираме. Но феноменът на разумния живот (човечеството) е не по-малко удивителен от възникването и еволюцията на Вселената и надхвърля тясната рамка на космологичните модели. Напълно бихме могли да си представим и вселена, в която никога не възниква разумен живот. Не знаем какъв смисъл би имала тя, защото смисълът е нещо, което засяга само нас, като мислещи същества. Обаче е безспорно, че в реалната, огромна Вселена, развила се под действието на могъщи сили, се е появило едно нищожно по пространствените си и времеви мащаби същество, способно да я изучава, моделира и да стигне в познанията си до най-ранните етапи на съществуването ѝ, които дори не може да наблюдава. Контрастът между Вселената и нас, нейните изследователи, е зашеметяващ. Ние, тленните и слаби създания, които не можем да контролираме дори собствения си живот, имаме потенциала да вникнем в началото на цялата Вселена! Нелепа случайност ли е това?
Отново християнският светоглед предлага добър отговор. Едно създание, което носи в себе си някакво тайнствено подобие на своя Творец, може да опознава и овладява неговото творение (Бит. 1:27,28). Ограничеността на това създание, наречено „човек“, не е непреодолима пречка, доколкото то е качествено различно от останалата природа. И развитието на науката, включително и на Стандартния космологичен модел, е само едно от свидетелствата за уникалността на човека.
__________________________________
[1] По-късно Льометр става член, а впоследствие и президент на Папската академия на науките.
[2] Т.нар. „космическо яйце“.
[3] Първите две мисии са осъществени от NASA, а Planck – от Европейската космическа агенция (ESA).
[4] Онтология: във философията, учение за (основата на) съществуващото – Б.а.
