Яна Джандубаева
февраль 2018.
3632

Как атеисты объясняют появление материи и Вселенной?

Ответить
Ответить
Комментировать
2
Подписаться
3
11 ответов
Поделиться
АВТОР ВОПРОСА ОДОБРИЛ ЭТОТ ОТВЕТ

Вопрос несколько некорректен - атеисты бывают разными. Есть и те, которые никак не объясняют, а просто отрицают божественное вмешательство. В то же время множество верующих людей не связывают появление Земли с божественным вмешательством.

Вообще, физика не касается вопросов существования бога

Наука же объясняет появление вселенной при помощи квантовых флуктуаций. В данный момент гравитация не проквантована по хорошему, но тем не менее мы уже знаем к каким следствиям будет приводить квантовая гравитация. Флуктуации гравитационного поля - это флуктуации геометрии пространства-времени. На планковских масштабах расстояния между двумя точками четко не определяются, а постоянно меняются несмотря на то, что обе точки покоятся - грубо говоря, сантиметры между этими точками то увеличиваются, то уменьшаются. Точно так же время движения например фотона от одной точке к другой хаотично меняется в последовательно проведённых экспериментах.

Флуктуации электромагнитного поля приводят к непрерывному рождению и уничтожению фотонов - такие вещи постоянно происходят в вакууме. Флуктуации же гравитационного поля будут приводить к появлению пузырьков пространства-времени планковских размеров.

Итак. у нас родился такой пузырёк. Что дальше? Астрономические наблюдения в наши дни показывают ускоряющееся расширение вселенной. Если "экстраполировать" эти наблюдения в прошлое - мы попадём в момент, когда вселенная была сжата до очень маленьких размеров. При этом возникает трудность с причинностью - вселенная изотропна (одинакова по всем направлениям) и мы не можем на космологических масштабах выделить в ней различающихся друг от друга участков. (Пока может быть проблему с причинностью плохо видно, поэтому я вернусь к этому моменту немного ниже)

Двигаясь в прошлое - вселенная будет сжиматься. В конце концов, когда мы достигнем планковских размеров вселенной - внутри нашего "видимого" пространства окажется некий участок новорождённой вселенной с некоторыми заданными первоначально параметрами - назовём его гранулой.

Расширение вселенной предсказывается уравнением Эйнштейна. Если переписать это уравнение через переменную, определяющую масштаб вселенной (масштабный фактор), зависящую от времени, мы получим уравнения фридмана - описывающие эволюцию вселенной.

По мере сжатия вселенной, она становится горячее. Сейчас вселенная находится на стадии доминирования нерелятивистской материи (низкоэнергетичной материи) (MD-стадия). В прошлом, когда вселенная была меньше, вещество было более высокоэнергетичным (RD-стадия). Низкоэнергетичное вещество и релятивистское подчиняются различным уравнениям состояния. (Уравнение состояния для идеального газа проходится ещё в школе на уроках физики. Вот у вещества разбросанного по пространству тоже есть уравнения состояния)

Уравнения фридмана, упомянутые выше, принимают в качестве аргументов плотности вещества. А плотности вещества определяются уравнениями состояния. Поскольку раньше доминировала релятивистская материя (RD-стадия), то и доминирующим уравнением состояния было не то, которое описывает материю во вселенной сейчас (MD-стадия). Следовательно, расширение вселенной подчинялось немного другому закону. Подстановка уравнений состояния для нынешней эпохи и для релятивистской стадии говорит о том, что раньше (на релятивистской стадии) вселенная расширялась несколько медленнее.

Скорость расширения вселенной на RD стадии медленнее скорости увеличения горизонта вселенной, поэтому в видимую область попали другие гранулы со своими первоначально установленными параметрами. Однако взглянув на небо, мы видим, что в самых крупных масштабах ни один участок вселенной не отличен от любого другого. Как же так? У этих участков просто не хватало времени на первых этапах зарождения вселенной на то чтобы успеть обменяться информацией друг с другом и стать одинаковыми (перемешаться). Какая-то проблема с причинностью... Получается, что все гранулы в первый момент существования вселенной были идентичны друг другу?  Это очень сомнительно. 

Теперь посмотрим на расширение вселенной под несколько другим углом. Долгое время после появления уравнения Эйнштейна, расширение вселенной описывалось наличием в этом уравнении константы - называемой космологической постоянной. Спустя много лет - после появления квантовой теории поля и переосмысления физики микромира, люди поняли, что у любых полей есть состояния с минимальной энергией. Эти состояния называются вакуумами. Вакуум окружает нашу вселенную. Поле Хиггса повсюду находится в своём наименее возбуждённом - вакуумном состоянии, другие вакуумные поля точно так же.

Уравнение эйнштейна связывает динамику (изменение со временем) геометрии пространства времени с динамикой движения вещества в нём. Это проявляется в том, что в уравнении присутствует метрический тензор с одной стороны - он отвечает за геометрию. И тензор энергии-импульса с другой - он отвечает за вещество, находящееся в гравитационном поле. Ранее, до появления квантовой механики и квантовой теории поля тензором энергии-импульса описывали только макрообъекты - планеты и т п. Так например посчитали прецессию орбиты меркурия, предсказали гравитационное линзирование и т п.

Но квантовая теория поля подарила нам возможность описывать тензором энергии импульса так же и квантовые поля. И оказалось так, что если подставить в уравнение Эйнштейна тензор энергии импульса поля в наинизшем состоянии (вакуума), которое так же называют полем инфляции, то мы увидим невероятные эффекты - во первых мы получим решения, описывающие экспоненциально быстрое расширение вселенной. (Ни при нашей эпохе, ни на стадии доминирования релятивистского вещества такого быстрого расширения не было). Во вторых - при расширении плотность энергии распределённой в расширяющейся вселенной остаётся постоянной! Чуть позже я напишу к чему это приводит.

На первых этапах существования вселенной не было ни атомов, никакой другой материи. Поскольку боровский радиус, радиус электрона и любых других частиц на много порядков больше планковских масштабов. А вот вакуумное состояние поля инфляции вполне могло быть. То есть вакуум был. Это вауумное состояние поля инфляции внутри родившегося пузырька пространства-времени согласно уравнению Эйнштейна привело к экспоненциально-быстрому расширению этого пузырька - это ещё одна стадия в эволюции нашей вселенной. Её называют эпохой инфляции. Поскольку вселенная расширялась так быстро - мы решаем проблему с причинностью, о которой я написал выше - При достаточной длительности инфляционной стадии весь охваченный наблюдениями объём Вселенной оказывается результатом расширения единственной причинно-связанной области доинфляционной эпохи.

Далее - Если записать уравнение этого поля инфляции, мы увидим, что в нём присутствует компонента, отвечающая за диссипацию энергии. Такая же, как например в уравнении описывающем колебании при учёте трения. Трение при колебаниях маятника приводит к постепенному превращению энергии колебаний в тепловую энергию нити маятника за счёт трения. В случае с полем инфляции эта компонента возникает из-за того, что состояние такого поля имеет положительную энергию и отрицательное давление (оно как бы распирает вселенную). Такое состояние неустойчиво - отсюда диссипация энергии.
Более детальное изучение динамики развития событий при расширении вселенной показывает, что энергия поля инфляции переходит в энергию электромагнитного поля - начинают рождаться фотоны ("Да будет свет, сказал господь" (c)), которые затем, согласно принципам квантовой электродинамики, начинают повсюду рождать частицы за счёт энергии поля инфляции. Вспомним, что при расширении вселенной плотность энергии поля инфляции оставалась постоянной - а значит суммарная энергия вселенной росла. Затем эта энергия перешла в энергию фотонов и рождающейся материи.

Таким образом идея инфляции очень элегантно решает столько вопросов, возникающих в различных местах. Как будто являясь недостающей деталью в сложной мозайке.

Формирование галактик и планет - это уже гораздо более поздние этапы нежели инфляция. Говоря простыми словами - на первых этапах существования вселенной квантовые флуктуации сделали структуру вселенной сильно неровной. Инфляция как бы сгладила эти неровности, растянув их при этом.

Если записать уравнения гидрогазодинамики, учитывающие эти неровности - можно получить решения ввиде увеличения плотности вещества в районах этих неровностей. Эти решения описывают формирование галактик и скоплений галактик. Наиболее наивной из моделей, описывающих это является теория ДЖинса. Она же ещё и наиболее простая.

Ну а про формирование солнечной системы и планет можно прочитать в любой детской энциклопедии.

UPD: Нашёл хорошее описание этого процесса вот тут: http://www.astronet.ru/db/msg/1188458

Todd Barryотвечает на ваши вопросы в своейПрямой линии
30
-3

Вы используете слова: появление вселенной, первые этапы. Но если флуктуации вакуума происходили, они уже происходили в какой-то вселенной. То есть, мы можем говорить о переходе вселенной из одного состояния в другое. И это предшествующее состояние может оказаться далеко не первым. То есть возникновение материи — да. Возникновение вселенной — нет.

+6
Ответить

Наука же объясняет появление вселенной при помощи квантовых флуктуаций. - 

ну а флуктуации откуда берутся?

+4
Ответить

АНДРЕЙ КУДРЯВЦЕВ, ну... скорее возникновение пространства и времени, а так же материи - возможно, да. Возникновение вселенной с её фундаментальными принципами - нет. Думаю, что ответ на второй вопрос никогда не будет дан. Понимаю, что хочется сказать, что если пространства и времени не было, то где возникла флуктуация. Ну, квантовый мир мог существовать до появления нашего пузырька пространства-времени. А само пространство-время могло быть на тот момент супом из множества то появляющихся, то исчезающих пузырьков. Проблема тут в том, что чем глубже мы копаем - тем менее достоверными являются наши идеи и гипотезы.

АРТЕМ ГОРНЫЙ, Они неотъемлемая часть нашей вселенной. Думаю, я всё же неверно выразился. Под появлением вселенной я подразумевал лишь появление нашего 4-хмерного пространства-времени. Фундаментальные принципы нашей вселенной для этого должны существовать с самого начала.

+1
Ответить
Ещё 14 комментариев

АНДРЕЙ КУДРЯВЦЕВ, а вообще - вы правы, наш пузырёк мог появиться из другого пузырька или некой другой вселенной - тут можно много чего фантазировать )
Наука не объясняет, откуда всё взялось

+1
Ответить

АРТЕМ ГОРНЫЙ, являются следствием принципов квантовой механики

0
Ответить

Как из ноля получилось то, что вы объясняете - целая вселенная? Ребят , из ничего не может получится что-либо, до ваших материй что вообще было? Ничего. Откуда появился пузырь, ведь ничего не было

-2
Ответить

Были другие вселенные? А кто их создал, или как они появились?) А почему человек так логически устроен, весь наш организм взаимодействован, все совпадает

-4
Ответить

ИНОКЕНТИЙ ПЕТРОВ, в вакууме всё время происходит рождение и уничтожение частиц. Это возможно потому что закон сохранения энергии и импульса работают только за пределами принципа неопределённостей Гейзенберга. Любые законы сохранения - импульса, момента импульса, энергии, заряда и т п следуют из симметрий. Закон созранения импульса следует из однородности вселенной. Закон сохранения энергии из однородности времени. Закон сохранения момента импульса - из изотропности вселенной. Закон сохранения заряда из так называемой унитарной симметрии U(1).

В любых системах, необладающих этими симметриями эти законы нарушаются - например во внешних электромагнитных полях импульс заряженной частицы не сохраняется, т.к. прсотранство в таком поле неоднородно и т д.


Легко определить есть ли та или иная симметрия у системы - просто посчитать коммутатор гамильтониана с интересующим нас оператором поворота (в случае с сохранением момента импульса) или сдвига (в случае с сохранением импульса) и т п. Т.к. симметрия системы заложена именно в гамильтониане - из динамического уравнения Гейзенберга следует что в не зависящей явно от времени системе такой коммутатор будет равен нулю.

Это на самом деле очевидно - в классической механике, которая выводит в космос ракеты, управляет движением брошенного мячика и т п всё абсолютно точно так же - это не какая-то прихоть квантовой механики.

В квантовой механике закон сохранения энергии может нарушаться на очень маленькое время. Закон сохранения импульса нарушается на очень маленьких расстояниях полёта частицы. Эти моменты времени и расстояния гораздо меньше времени жизни даже самых быстро-распадающихся частиц.

И это несохранение вытекает из классической механики если просто проквантовать её.

Дело в том, что в пределах соотношения Гейзенберга упомянутые мной выше симметрии перестают работать. Частицы живущие так мало и всё время рождающиеся и исчезающие в вакууме называются виртуальными.

Отсюда следует множество очень точно измеряемых следствий - таких как сечения взаимодействий в квантовой эектродинамике. Например именно за счёт существования таких виртуальных частиц сечение рассеяния электрона на электроне равно нулю в первом порядке теории возмущений - потому что в первом порядке такой виртуальный фотон не рождается, а частицы взаимодействуют напрямую. Рассеяние происходит только во втором порядке - поэтому сечение такого взаимодействия становится меньше чем если бы оно проходило в первом. И это сечение измерено с беспрецендентной точностью и совпадает с теоретически предсказываемой. Квантовая электродинамика - самая точно измеренная и проверенная экспериментально наука из всех имеющихся.

В случае с гравитацией вообще трудно что либо говорить о сохранении энергии и импульса. Но даже если они и сохраняются - в пределах соотношения гейзенберга флуктуации пространства-времени всё равно будут происходить. Отсюда и появление пузырька. Быть может он появился из другого пузырька или другой вселенной. Или какого-то другого состояния в котором находилась вселенная - на этот вопрос уже ответить нельзя

+1
Ответить

ИНОКЕНТИЙ ПЕТРОВ, вот вам экспериментальный факт: закон сохранения момента импульса в том виде в котором его изучают в школе неверен. Из изотропности системы следует закон сохранения полного момента, равного сумме орбитального момента импульса и спина. А орбитальный момент который изучается в школе в отдельности не сохраняется. Поскольку эти эффекты очень слабые - в макромире при запуске ракет или расчёте орбит планет ими просто пренебрегают. Однако они важны для электроники и спинтроники.

+1
Ответить

Эмм, а как эти законы могли существовать, если ничего не было, ни ваакума, ни законов , НИЧЕГО. Просто 0.

-3
Ответить

ИНОКЕНТИЙ ПЕТРОВ, я тут в комментариях писал выше - что известные нам принципы квантовой механики должны существовать чтобы подобное произошло. Я описал только наиболее поддерживаемую на сегодняшний день идею появления и эволюции пространства-времени и частиц. Откуда берутся принципы квантовой механики в доинфляционную эпоху, и что из себя представляло то из чего родился пузырёк нашего пространства-времени - это загадка.

Это уже вопрос терминологии - принято называть вселенной наш с вами раздувшийся пузырёк.

Вопрос - а почему существовали принципы которые к этому привели остаётся без ответа

+1
Ответить

ИНОКЕНТИЙ ПЕТРОВ, мы не знаем было ли там ничего. И не знаем что значит это ничего. Когда-то люди считали что ничего - это вакуум. А сегодня уже известно, что вакуум - это очень сложное ничего в котором постоянно рождаются и исчезают частицы. Это наинизшее состояние полей.
Из какого такого ничего появился наш мир мы пока не понимаем

0
Ответить

ИНОКЕНТИЙ ПЕТРОВ, Немного софистики и отвлечения от темы. 0 не так прост как кажется:)
Но это не имеет никакого отношения к физике

0
Ответить

Хорошо, а строение тела, работа организма , почему все что нас окружает, что не создано человеком так взаимосвязанно и совпадающе? Человеку требуется кислород, пожалуйста, вот вас деревья, причем деревья выделяют именно кислород , разве рандом мог так совпасть? Пищеварительная система, сердечно-сосудистая, видно же, что что чьих то рук дело

-10
Ответить

ИНОКЕНТИЙ ПЕТРОВ, я не биолог. Но мне не нравится как устроен человеческий глаз - инженер бы так не проектировал. Слепые пятна, нервные волокна торчат наружу, а затем поворачивают и идут в зрительную кору мозга, тем самым перекрывают обзор.

Думаю, вам стоит почитать об эволюции - не на википедии, а хорошие учебники.

Эволюция приводит к тому, что выживают приспособленные к окружающей среде виды. Существо, которому необходим гелий для жизнедеятельности не выживет в атмосфере земли - следовательно не оставит потомство. Поэтому нет существ дышащих гелием.

Боюсь, что это долгий разговор, лучше обратитесь к учебникам. Хороший учебник отличается тем что вы всегда можете критически оценивать написанное в нём.

На вопросы о физике я могу давать развёрнутые ответы. Но я боюсь вам соврать, пытаясь рассуждать о биологии

+8
Ответить

ИНОКЕНТИЙ ПЕТРОВ, кроме того - лучше ведь знать и глубоко понимать точку зрения, которую вы оспариваете, чтобы уметь убедить оппонента - не так ли? :)

В этом учебник биологии вам точно поможет :)

+1
Ответить

0
Ответить
Прокомментировать

Атеисты это всего лишь люди, которые не хотят пудрить мозг себе и другим, т.к. хотят во всём разобраться с помощью здравого смысла и/или достижений наук.

Есть версия, что Вселенная появилась от взрыва. Есть версия, что она была всегда. 

Люди появились в результате очень сложной штуки под названием эволюция. В неё не надо верить, а надо много вникать.

Справедливость это некие правила, которые сильные принимают ради слабых, хотя могли бы этого и не делать. Другое понимание справедливости это взаимность. Несправедливость это когда ваши ожидания не выполняются. Т.е., это субъективная оценка. Никто не должен оправдывать то, что творится у вас в голове.

Много разных тем в одну кучу - очень удобно, чтоб развести демагогию в комментах: не вышло с убедительностью - соскочить с темы на тему.  

17
-3
Прокомментировать

Как атеист, я знаю, что вселенная выглядит так, как будто бы появилась в результате большого взрыва, а люди и вся жизнь на Земле выглядит так, как будто бы они появились в результате эволюции.

Как атеист, я не знаю, что могло предшествовать большому взрыву или как именно возникла жизнь на земле, но не зная этого, я не пытаюсь делать таких предположений, которые нельзя было бы, хотя бы в будущем, проверить на правдоподобность, сравнив с другими предположениями.

Как атеист, я не могу оправдать несправедливость и борюсь с ней, где вижу, потому что если не я, то кто? И мне не требуется внешний авторитет для того, чтобы иметь представление о справедливости, я могу утвердить его для себя сам.

Nikita K.отвечает на ваши вопросы в своейПрямой линии
10
0
Прокомментировать

Когда вы используете слово «появление», вы выдвигаете гипотезу, предлагаете одну из моделей мира, в которой вселенной не было, а потом она возникла. Чтобы такую гипотезу доказать, нужны знания о фактах. Пока у человека нет подтверждённых наблюдениями фактов о том, что вселенной не было. Есть только подтверждённые факты о том, что вселенная переходила поочерёдно в разные состояния. То есть, мы не можем сказать, возникала ли вселенная или существовала всегда.

По поводу материи, уже подробно объяснили — появилась в результате большого взрыва — перехода из одного состояния в другое.

Планеты возникли из летящей в космосе пыли, из отходов от возникновения звезд. Если вы помешаете чай в чашке по кругу, то увидите, что чаинки собираются в центре в комок. Так же и планеты собрались из пыли, газов и больших кусков в комки. Только в качестве склеивающей силы выступила гравитация. Есть большая вероятность, что вещества, находящиеся сейчас в вашей правой руке и в вашей левой руке образовались в результате взрыва разных звёзд, находившихся на огромных расстояниях друг от друга.

Для принятия таких моделей мира необязательно быть атеистом или теистом. Потому что в этих моделях не описывается первопричина возникновения мира. То есть, верующий человек может считать, что это воля какого-то создателя. Неверующий может считать, что это — самопроизвольные процессы.

8
-1
Прокомментировать

совершенно верно сказал Н. Ковалевский. Для меня атеизм — желание объяснять существующее через объективность и факты, нежелание иметь рычаги, через который мной можно управлять.

Объяснить вам как появилась вселенная я могу только абстрактно ( теорию, как она появилась), просто потому, что атеизм и вследствие вера в науку сложнее, чем религия. Для этого недостаточно прочитать одну книжку, для этого нужно очень неплохо знать физику. Я не учёный и физику на таком уровне не знаю (хоть и стремлюсь) поэтому вместо того, чтобы описывать абстрактные и, возможно, неправильно объяснённые теории, я просто дам вам список книжек, из которых можно понять тоже, что сказал бы вам я, только более научно и правильно (Р.Докинз — все книги так или иначе об этом; С.Хокинг «Краткая Истрия времени»)

Что касается несправедливости. Сейчас попробую высказать свои мысли через аналогию.

Представьте мозг ребёнка, которому 2 недели от роду. Его мозг уже знает, что нужно есть, греться около мамы и хвататься за все, чтобы выжить, но его мозг девственно чист относительно; добра, зла, справедливости, религии, патриотизма, морали, нравственности и всего похожего на это. То, что я перечислил (и ещё с несколько десятков похожих терминов)— это то, что расскажут и будут пропогандировать ему люди, говоря, что это, мол, человечно. Я убеждён, что если поместить любого человека в условия 13 века или на передовую войны, то вся эта его человечность исчезнет и этот цивилизованный, казалось бы, человек, станет обычным животным. Я имморален, для меня не существует ни добра, ни зла, ни нравственности, ни морали, ни справедливости. Почему? Потому что 1) демаркационная линия, разделяющая добро и зло настолько ничтожна и стёрта, что ее невозможно разглядеть. Привожу цитату из своего предыдущего ответа:

обеспечить свою семью до конца дней—хорошо? А предать родину взамен? Сколько людей можно убить, чтобы 100 человек выжили? Стрелять из пулемета по толпе из 25 человек, среди которых террорист, который завтра взорвет тц и убьёт 250, хорошо или плохо? А скольких людей президент может оставить без работы и убить, чтобы нация процветала?

Потому что я убеждён, что мораль и нравственность создана другими людьми, чтобы люди не перегрызли друга. И если это так, пока я иду параллельно этому, я ухожу дальше. Мораль отравляет мысли, мораль вставляет в наш мозг стереотипы, предубеждения. Для меня все это заменяет простая и понятная вещь — целесообразность. Она очень многогранна и удобна. Гораздо объективнее, как по мне. Вывод конкретно справедливости : ее нет в принципе, она придумана людьми, соответсвенно и объяснять, и тем более оправдывать ее не надо

P.S прошу не минусовать из соображений «неправильности мысли». Суть вопроса — услышать точку зрения атеиста. Им я есть и искренне делюсь вышеприведённым.

Сергей Тумановотвечает на ваши вопросы в своейПрямой линии
7
-3
Прокомментировать
Читать ещё 6 ответов
Ответить