• Главная
• В избранное
• Наш E-MAIL
• Добавить материал
• Нашёл ошибку
• Вниз

Нельзя объять необъятное.

(Козьма Прутков)

(Но стремиться к этому нужно.)

(Автор)

— Вселенная?

— Бесконечна!

— Число звезд во вселенной?

— Неисчислимо!

Тривиальные ответы. Мы к ним настолько привыкли, что даже убеждены в полном понимании, а то и в наглядном представлении бесконечности. Одни сворачивают для этого бумажную полоску в поверхность Мебиуса, другие используют гладкую поверхность бильярдного шара.

«Вселенная бесконечна в пространстве и во времени», — глубокомысленно говорил греческий мыслитель, запахивая хитон.

Прошло больше двух тысячелетий, но вряд ли есть у нас основания хвастаться большими знаниями бесконечности мира. В ответ на вопрос о бесконечности современный философ отвечает так же конкретно и с тем же знанием дела. Единственная разница заключается в том, что вместо запахивания хитона он крутит пуговицу пиджака, который непременно жмет под мышками.

Во все времена вопрос о бесконечности был обречен на чисто умозрительное существование. Так было при эллинах, так было и при Ньютоне. Разница в общем небольшая. Та же бесконечность во времени и пространстве. Сэр Исаак слишком почитал древних авторов. По его воззрениям, в бесконечной вселенной в среднем равномерно распределились звезды. И их тоже бесконечное множество.

А теперь порассуждаем о справедливости ньютонианской позиции. Каждая звезда извергает в окружающее пространство потоки света и тепла. При этом две звезды дают его больше, чем одна. А три — больше, чем две. Но если звезд бесконечное множество? Не кажется ли вам, что, распределенные в пространстве, они должны бы за бесконечное время раскалить небо до собственной яркости?

Это неизбежно, но этого нет. Стоит зайти Солнцу, как над нами появляется темное небо с холодными туманностями, негреющими огоньками далеких звезд. Парадокс?

Не волнуйтесь. Он так и был назван — «фотометрический парадокс» — еще в 1744 году швейцарским ученым — астрономом и физиком Жаном Шезо. Проникнитесь уважением. Почти современник богоподобного Ньютона, он посмел усомниться в концепциях сэра Исаака. Но лиха беда, говорят, начало.

В 1877 году немецкий физик Нейман, а в 1899 — его соотечественник астроном Зеелигер наталкиваются еще на один парадокс — гравитационный. Ведь если согласиться с Ньютоном, осторожно говорили дотошные немцы, и признать вселенную бесконечной, то в каждой ее точке должна существовать и бесконечная сила тяжести от всех бесконечных звезд… Может быть, на очень больших расстояниях закон Ньютона не совсем справедлив и сила тяжести уменьшается немножко быстрее, чем обратно пропорционально квадрату расстояния?..

Что же такое вселенная?

Он был сыном портного. И, как полагалось в «стройной империи прусского монарха», вынужден был добывать себе образование самоучкой. Die Ordnung — таков порядок! Die Ordnung превыше всего! Он вошел в плоть и кровь каждого немца так же, как любовь к всемилостивейшему монарху. И все-таки Иоганн — сын портного — не унаследовал отцовскую иглу, может быть, в силу своего французского происхождения. Нарушение порядка всегда дает неожиданный результат. Иоганн стал ученым. Будучи прирожденным математиком, молодой Ламберт сначала поступает бухгалтером на фабрику. Потом становится личным секретарем герра профессора в Базеле и, наконец, домашним учителем в семье, стоящей на более высокой ступени иерархической лестницы. Все-таки порядок. Высший порядок! По нему устроено государство Фридриха II, прусская армия Фридриха II, по нему же обязан жить верноподданный Фридриха II.

Иоганн Генрих Ламберт любил императора. Фридрих II покровительствовал скромному учителю Иоганну Ламберту.

Шел 1761 год. Ученый мир еще не познакомился с Гершелем, а солнечная система обрывалась орбитой Сатурна. И тем не менее Иоганн Ламберт задумывается над устройством вселенной. Какой создал ее бог? Конечно, в соответствии с высшим порядком. А разве можно придумать порядок лучший, чем существующий в государстве обожаемого монарха? И Ламберт строит свою иерархическую гипотезу.

Планеты со спутниками — низшая, нулевая ступень.

Затем идут звезды. Вокруг всех звезд, по примеру Солнца, должны обращаться планеты, создавая системы первого порядка.

Все звезды в совокупности должны объединяться в систему второго порядка. (Сейчас мы называем такие системы галактиками.)

Дальше порядки все повышаются и повышаются до бесконечности, образуя «иерархию систем».

Может показаться наивным? Но еще совсем недавно существовала планетарная модель атома системы а-ля Ламберт. А в космогонии представления Ламберта сыграли роль выдающуюся.

Менее чем через полвека Вильям Гершель доказал существование единой системы звезд — Галактики. А еще полтора века спустя американский астроном Эдвин Пауэлл Хаббл сообщил, что маленькое пятнышко Туманности Андромеды на самом деле такая же огромная система второго порядка, как и наш Млечный Путь. Сейчас таких галактик отыскано на небе великое множество. Родилось новое ответвление древней науки — Внегалактическая астрономия. Хаббл разделил существующие галактики на эллиптические, спиральные и неправильные.

Но приходит время, когда ощущается потребность в более строгой классификации систем второго порядка! И уже пришло время для построения системы третьего порядка — Метагалактики.

Когда это будет сделано окончательно — сказать трудно. Благодаря развитию радиоастрономии мы проникаем с каждым годом все глубже и глубже во вселенную. Сейчас радиотелескопы способны зафиксировать такую порцию радиоволн, которая при переводе ее в оптический диапазон дает звезду тридцатой звездной величины.

Между тем даже крупнейшие рефлекторы мира способны «увидеть» лишь звезды двадцать третьей звездной величины, то есть в 250 раз более яркие, чем те, что являются пределом для их радиоколлег. (Эти расчеты, разумеется, не относятся к нашему БТА.)

Астрономы настойчиво пытаются обнаружить признаки того, что все галактики объединены в некую систему третьего порядка.

У нас проблемами Метагалактики занимается профессор Кирилл Федорович Огородников. Результаты его работ оказались чрезвычайно интересными. Сложные расчеты показали, что Метагалактика не только существует, но имеет свой центр, вокруг которого кружатся звездные архипелаги.

Из уравнений Огородникова следует, что существует некий центр гигантской системы. И одно из решений показало, что наша Галактика облетает это ядро Метагалактики, находящееся от нас примерно в полутора миллиардах световых лет, за 100 миллиардов лет. Это значительно больше, чем время существования Галактики. Так что наш мир еще находится в начале своего пути.

Исследования «системы третьего порядка» только начинаются. Астроном Вокулер, занятый той же проблемой, получил результаты, отличающиеся от выводов К. Ф. Огородникова. Но спора не получилось, потому что вслед за этим появились еще расчеты, не похожие ни на одни из предыдущих. Однако и ошибки — тоже результат. Важно, что проблема получила «права гражданства». Ею начали заниматься ученые. И контуры Метагалактики все-таки проступают. Пусть не так быстро, как нам этого хотелось бы, но пока на уровне «систем третьего порядка» предсказания Иоганна Ламберта как будто сбываются.

Начало нашего столетия в астрономии — период яркий и драматический. Начался он со взрыва серии бомб колоссальной разрушительной силы на страницах мирного теоретического журнала «Анналы физики». Бомбами явились статьи Эйнштейна, посвященные новой физической теории.

Специальная и общая теории относительности заставили людей увидеть мир в новом свете. Эйнштейн выпустил из бутылки джинна. Его работы пробудили к жизни лавину научной деятельности, над которой сам Эйнштейн очень скоро потерял контроль.

В 1916 году, опубликовав основополагающую статью общей теории относительности, Эйнштейн ищет пути экспериментальной проверки своих выводов. Одним из следствий его теории было утверждение о незамкнутости планетных орбит, утверждение, явно покушавшееся на законы Кеплера. Однако астрономические наблюдения за Меркурием скоро подтвердили справедливость теории Эйнштейна. Из-за медленного изменения большой оси орбиты эллипс ее оказывался действительно незамкнутым.

Дальше путь лежал во вселенную. Не является ли общая теория относительности ключом к разгадке строения мира?

Рассматривая I закон Ньютона — «Всякое тело, на которое не действуют никакие силы, движется прямолинейно и равномерно», — Эйнштейн задумался: «Почему всякое и почему прямолинейно? А если бы мы жили в мире, подчиняющемся законам неэвклидовой геометрии, как бы выглядел закон Ньютона?..»

В любом пространстве роль прямых играют геодезические линии. Не значит ли это, что вокруг тяжелых тел искривляется само пространство, а мы, видя, как другие тела перемещаются в таком неэвклидовом пространстве по геодезическим линиям, воспринимаем это как искривление траектории под действием сил тяготения? Эйнштейн получил «мировые уравнения», связывающие воедино материю, пространство и время.

Так догадка физика, может быть даже против его воли, сомкнулась с кардинальным выводом материалистической философии, с которым выступил В. И. Ленин в 1909 году. Именно тогда вышла в свет работа Владимира Ильича «Материализм и эмпириокритицизм», изменившая наши взгляды на связь материи со временем и пространством. Мир стал един.

Однако решить в общем виде систему Эйнштейна, состоящую из десяти дифференциальных уравнений в частных производных, невозможно и сейчас. Сам Эйнштейн, чтобы получить все-таки хоть какой-то частный ответ, шел на упрощения. Так, в качестве основного постулата он выбрал аксиому о неизменности структуры вселенной во времени. Мир был и будет пребывать вечно во веки веков таким, каков он есть. Значит, и решения мировых уравнений не должны зависеть от времени.

Но желаемый результат никак не получался. В нуль упорно обращалась средняя плотность вещества вселенной, чего не могло быть. Тогда Эйнштейн ввел в уравнения поля тяготения произвольную космологическую постоянную, не дающую модели мира лишаться массы. И все как будто встало на места. Но сам автор был неудовлетворен.

Вообще это время было полно неожиданностей. Люди вдруг наталкивались на незначительные необъяснимые факты, которые через некоторое время грозили перевернуть, а то и переворачивали все привычные представления.

В 1912 году американский астроном Весто Мелвин Слайфер исследовал спектры нескольких туманностей, находящихся, по мнению астрономов, в пределах нашей Галактики. Неожиданно он обнаружил, что спектральные линии элементов, входящих в состав туманностей, сильно смещены к красному концу. Получалось, что они должны улетать от нас с большими скоростями. Но куда? И почему вдруг? Десять лет торговались теоретики, не соглашаясь ни с одним из предлагаемых решений.

В 1922 году в немецком «Физическом журнале» появилась крошечная заметка, не только обрушившая основы мироздания на головы теоретикам, но и подвергшая сомнению кардинальный вывод создателя теории относительности. Имя автора статьи — Александр Фридман — ничего не говорило миру. А то, что голос петроградского математика долетел до Европы из неустроенной послереволюционной России, вызывало любопытство.

Но главное содержалось в заметке. Этот Фридман все-таки решил мировые уравнения Эйнштейна, не ограничиваясь требованием неизменности вселенной и без смущающего всех «космологического члена».

Но при этом два решения Фридмана приводили к совершенно новым математическим моделям вселенной.

По первому решению получалось, что когда-то, в момент времени, который можно принять за нуль, все расстояния были во вселенной пренебрежимо малы. Существовало нечто, собранное в единый ком бесконечной плотности. И вот в момент, с которого начинается отсчет времени в нашей вселенной, произошел взрыв. Архивзрыв! Родились материя, пространство, время. Родилась вселенная. Взрыв бросил все ее части в разные стороны, придал им скорость и обрек на вечное «разлетание». Такова, грубо говоря, была динамическая модель «открытой вселенной» Фридмана.

Второе решение при нулевых граничных условиях тоже приводило к сверхплотному ядру протовселенной. И также наступал созидающий взрыв. Разница заключалась в том, что «закрытая вселенная» не могла расширяться вечно. Где-то впереди находился рубеж пространства-времени, после которого все процессы должны пойти в обратном направлении. Вселенная начнет снова сжиматься.

Потрясающая идея!

Мир замер, ожидая слова Самого, чтобы либо превознести до небес нового кумира, либо предать забвению. И слово было произнесено. Эйнштейн очень быстро опубликовал статью с возражениями русскому, теперь уже советскому, математику. Фридман огорчился. Не то чтобы вопросы космологии кровно задевали его. Вечно занятый массой разнообразных дел, человек кипучей натуры, он вместе с тем был дотошным математиком и, бесспорно, более сильным, чем Эйнштейн.

Заинтересовавшись и решив систему Эйнштейна только потому, что она была похожа на уравнения динамической метеорологии, которой он занимался всю жизнь, Фридман не допускал мысли о том, что мог ошибиться. Он еще раз проверил свое решение и, не обнаружив ошибки, написал письмо Эйнштейну.

Вряд ли можно предположить, что, натолкнувшись, по указанию Фридмана, на целый класс новых решений, пропущенный им самим, Эйнштейн пришел в восторг. Но он был настоящим ученым. И через некоторое время в редакцию того же журнала «Анналы физики» пришла еще одна его «Заметка о работе А. Фридмана „О кривизне пространства“». Эйнштейн тщательно разобрал работу советского математика и признал: «…Я считаю результаты господина Фридмана правильными и исчерпывающими».

А еще через два года Хаббл огорошил мир новым сообщением: крошечные пятнышки туманностей, разбегающиеся, согласно Слайферу, в разные стороны, на самом деле не что иное, как звездные архипелаги типа нашей Галактики. И они действительно улетают от нас, подчиняясь странному на первый взгляд закону: чем дальше такая галактика находится, тем больше ее скорость убегания. Какое удивительно своевременное подтверждение взглядов русского ученого!

Рассказывают, что сам Фридман не очень-то верил физическому толкованию своих выводов, относился к ним скорее как к математическому курьезу. Даже занимаясь таким определенно практическим делом, как наука о погоде, Александр Александрович любил повторять, что его дело — решать уравнения. Разбираться же в физическом смысле решений должны физики.

Впрочем, обвинять Фридмана в кабинетном теоретизировании мог только… сам Фридман. Сформулировав между делом в 1924 году новую космологическую теорию, в 1925-м неугомонный профессор вовсю готовится к полету на воздушном шаре. Ему до смерти хотелось самому увидеть, «пощупать» атмосферу, процессами которой он так много занимался.

25 июля команда красноармейцев с веселыми прибаутками выволокла из эллинга Ленинградской военно-воздухоплавательной школы пыльную и старую оболочку аэростата. Проверили. Не обнаружив течи, наполнили газом и привязали корзину. В нее забрались двое — пилот П. Ф. Федосеенко и наблюдатель А. А. Фридман.

Как мог проходить полет на этом почтенном сооружении, каждый может себе представить сам. Однако через десять с половиной часов аэронавты, побив всесоюзный рекорд высоты — 7400 метров, — благополучно приземлились. А два месяца спустя, заболев брюшным тифом, Фридман умер.

Сейчас, в 1968 году, когда пишутся эти строки, исполняется ровно восемьдесят лет со дня рождения Александра Александровича Фридмана. И автор хотел бы заключить свой рассказ о нем словами академика П. Л. Капицы из вступительной речи, произнесенной на сессии Отделения физико-математических наук Академии наук СССР, посвященной памяти А. А. Фридмана.

«…Александр Фридман — один из лучших наших ученых. Если бы не смерть от брюшного тифа в возрасте тридцати семи лет, он и сейчас был бы с нами. Безусловно, он сделал бы еще много в физике и математике и достиг бы высших академических званий…

Даже если Фридман не был уверен в том, что расширение вселенной, вытекающее из его математических выкладок, существует в природе, это никаким образом не умаляет его научной заслуги. Вспомним, например, теоретическое предсказание Дираком позитрона. Дирак тоже не верил в реальное существование позитрона и относился к своим расчетам как к чисто математическому достижению, удобному для описания некоторых процессов. Но позитрон был открыт, и Дирак, сам того не предполагая, оказался пророком…

Фридман не дожил до подтверждения своих расчетов прямым наблюдением. Но мы теперь знаем, что он был прав. И мы обязаны дать справедливую оценку замечательному результату этого ученого…»

Последствия открытия Фридманом удивительного явления в масштабе вселенной огромны. Так, Хаббл, развивая идею разбегающихся галактик, вычислил, что галактики, находящиеся от нас примерно в 13 миллиардах световых лет, должны удаляться со скоростью света. А это значит, что никакие сигналы от них никогда не достигнут Земли.

Тринадцать миллиардов световых лет — естественная граница «наблюдаемой вселенной».

Правда, был случай, когда те же выводы прогрессивной теории Эйнштейна — Фридмана — Хаббла чуть не помогли вернуть былое могущество господу богу… Коль вселенная разлетается — значит, тем самым доказано, что некогда она была в виде сверхплотного ядра. Была… пока не произошел архивзрыв. А что послужило причиной? Кто дал первый толчок?

Бельгийский астроном, епископ Жорж Эдуард Леметр, объясняя физику расширяющейся вселенной, почувствовал явную необходимость в боге, высидевшем «первичное яйцо» вселенной. Кстати, о том же вопияла и вторая специальность Леметра. Но если опустить эту «маленькую слабость» епископа, астрономические работы Леметра лили воду на колесо прогресса.

Теория «большого взрыва» не едина. С нею до самого последнего времени успешно конкурировала теория постепенного расширения системы галактик и непрерывного «творения» материи на месте разбегающихся звездных островов.

Со взглядами ее авторов — Хойла, Бонди и Голда — любознательный читатель легко может познакомиться в следующем разделе этой главы.

Гипотеза «большого взрыва» с ее выводом о непрерывном изменении свойств вселенной удовлетворяла не всех ученых. Слишком велик был соблазн предполагать мир вечным и неизменным. Но как совместить с его неизменностью доказанное разбегание галактик? И астрономы Хойл, Бонди и Голд выдвигают любопытнейшую идею.

Они предположили, что по мере расширения вселенной в ней непрерывно и повсеместно рождается новая материя. И к тому времени, когда две галактики разлетаются на удвоенное расстояние, между ними, как птица Феникс, возникает третья. И снова предельные расстояния сохранены, плотность материи в одном и том же объеме неизменна.

Этот процесс, по мнению авторов гипотезы, должен происходить так медленно, что его невозможно обнаружить никакими приборами, находящимися в распоряжении человечества.

Решить спор гипотез могло только сравнение далекого прошлого с настоящим. Есть ли изменения? Если они есть, значит вселенная развивается, если изменений нет — она вечна и неизменна. Однако хорошенькое дело — съездить в прошлое. И все-таки в астрономии это оказалось возможным. Не забывайте, что астроном-астролог — это почти синоним колдуна, волшебника. Если к этому добавить еще возможности современной физики, то астрономия становится воистину наукой чудес.

Астрономы видят прошлое. Видят в буквальном смысле этого слова. От удаленных галактик лучи света летят к нам миллиарды лет. То есть мы видим эти миры такими, какими они были на заре образования нашей Земли. Так почему не сравнить их с близлежащими? Похожи ли они? Если да — вселенная неизменна. Нет — стоит задуматься.

Решение любой задачи прежде всего сводится к ее постановке. Это полдела. Но в нашем случае подводила как раз вторая половина. От галактик, удаленных от нас на миллиарды парсеков, в объективы телескопов Земли попадают такие бледные струйки света, что разглядеть строение далеких небесных объектов — попытка безнадежная для оптической астрономии. Вы заметили, как тонко автор подчеркнул возможности радиоастрономии. И она не заставила себя долго упрашивать. Мы снова вернулись к сенсационным квазарам. Все они прежде всего характеризуются невероятным «красным смещением» и расстояниями. Большинство из них мы видим такими, какими они были еще до образования Земли и всей солнечной системы.

В бесконечной дали «старой вселенной» квазаров множество. Рядом с нами — ни одного! Не говорит ли это настойчиво в пользу перемен, происшедших с нашим миром на протяжении космических веков? А значит…

Автор убежден, что теперь проницательный читатель и сам, без помощи английского профессора, сделает нужный вывод. И только для того, чтобы закончить историю и оправдать название раздела, автор готов добавить. В 1965 году крупнейший английский астроном Фрэд Хойл ударил себя в грудь и на весь мир, подобно Тарасу Бульбе, возопил: «Я тебя породил, я тебя и убью!» Ученый выступил с отказом от своей гипотезы «непрерывного творения».

Помолчим немного. Потому что на это каждому потребовалось бы немало мужества…