Страница:
* См.: Мухин Л.М. Мир астрономии: Рассказы о Вселенной, звездах и галактиках. М., 1987. С. 108.
** См.: Пиблс Ф.Дж.Э. Структура Вселенной в больших масштабах. М., 1983; Бернс Дж. О. Гигантские структуры Вселенной // В мире науки. 1986. No 9.
Самые большие из обнаруженных на сегодня сверхскоплений напоминают длинные волокна или же сферические оболочки, состоящие из сотен и даже тысяч галактик. Самое большое из обнаруженных скоплений имеет протяженность более 1 миллиарда световых лет. Такое вытянутое галактическое волокно было открыто в области созвездий Персей и Пегас. Начинаясь вблизи Персея, оно, плавно изгибаясь, уходит в южном направлении. Здесь можно насчитать 16 структурных элементов, состоящих из галактических "кучек". Между ними равномерные зазоры длиной по 160 миллионов световых лет. Космические пустоты столь же протяженны. Так, измеренные расстояния между волокнами достигают 300 миллионов световых лет. Все это позволило космологам сравнивать структуру Вселенной с гигантской губкой или ноздрястой головкой сыра.
Интенсивное изучение галактик, в том числе и с помощью радиотелескопов, открытие фонового излучения, новых, совершенно необычных космических объектов типа квазаров привело к возникновению новых загадок и к созданию множества космологических моделей строения и происхождения Вселенной. Как же современные ученые представляют себе происхождение и эволюцию различных космических структур? Автор данной книги исходит из традиционно-классической предпосылки правильного понимания данной проблемы, подтвержденного авторитетом мирового космистского мировоззрения. Суть такого подхода в следующем. Вселенная существует вечно, пребывая, однако, в непрерывном движении, развитии, возникновении и исчезновении ее многоразличных и неисчерпаемых форм, их постоянной трансформации и взаимопереходах друг в друга. Конкретные космические объекты (конечные -- в отличие от бесконечно-целостной Вселенной) постоянно эволюционируют: они рождаются, живут и умирают, но на их месте незамедлительно появляются новые. Все в мире устроено так, что если, к примеру, конкретные отдельно взятые звезды, планеты, галактики гибнут, то звезда, планета, галактика как явление природы не исчезают, и их общее невообразимо большое количество во Вселенной сохраняется.
Все космогонические старые и новые естественно-научные теории (а точнее -- гипотезы) -- сколь бы сложны или вычурны они ни были -- крутятся вокруг двух простых слов "холодно" и "горячо". Первые утверждают, что исходный материал, из которого образовались небесные тела, был сначала холодным, а затем постепенно (или, напротив, мгновенно) разогревался. Вторые доказывают обратное: исходный материал изначально был горячим (и даже -- сверхгорячим), а остывание началось после образования космических протообъектов. В первом случае мы имеем дело с так называемыми "холодными моделями", во втором -- с "горячими". Но, как уже говорилось: моделей много -- мир один.
Весомый вклад в разработку космогонических идей внес известный советский астроном В.А. Амбарцумян (1908--1996). Его взгляды и подходы разделяют ученые разных стран. Особенно конструктивными и плодотворными астрономические и космологические наработки Амбарцумяна оказались в области галактической и внегалактической астрономии. По мнению ученого, эволюция любой галактики в очень большой степени зависит от активности и деятельности ее ядра. Эта точка зрения не считается общепринятой. Наличие ядра -- распространенное свойство галактик (хотя есть галактики и без ядер). Ядра есть и в нашей Галактике, и в галактике Андромеды, и во многих других. Что они собой представляют? Ядро галактики Андромеды, например, -- небольшая звездная система, диаметром около 10 световых лет. Это небольшая величина, если учитывать, что диаметры самих галактик измеряются иногда несколькими десятками тысяч световых лет. Ядра галактик -- очень плотные образования, там множество звезд, и есть предположение, что ядра состоят только из звезд. Но еще в 40-х годах нашего столетия было открыто, что некоторые ядра, видимо, находятся в каком-то странном, возбужденном состоянии, там происходит движение газов со скоростью около 1 000 километров в секунду. Массы этих газов огромны, они измеряются тысячами солнечных масс, а иногда и сотнями тысяч. Каков же источник газов? Изучение радиогалактик позволило предположить, что в каждом ядре есть какое-то тело, обладающее незвездными свойствами, которое выбрасывает из себя огромные массы газов. Наконец, существуют компактные галактики. Это, по сути дела, одно ядро, и ничего больше.
Галактики, вероятно, начинают свое существование как образования неопределенной формы -- типа Магеллановых облаков. Под влиянием активности их ядер они постепенно принимают спиральную структуру. Выбрасывающиеся из ядра массы располагаются вблизи ядра вдоль магнитных силовых линий, которые затем из-за вращения галактики закручиваются и образуют спиральные ветви. Эти ветви должны беспрерывно возобновляться путем выбросов вещества из ядра, так как из-за утечки вещества вдоль магнитных силовых линий ветви могут исчезнуть через относительно короткое время в несколько сотен миллионов лет. Каким образом пополняется масса ядер, мы пока еще не знаем. Астрономы считают, что в течение существования нашей собственной Галактики (системы Млечного Пути) из ее ядра было выброшено около 10% ее общей массы, что составляет массу 20 миллионов Солнц. Такое большое уплотнение вещества в сравнительно небольшом объеме, которое имеется в ядре нашей Галактики, нигде больше не наблюдается.
В. А. Амбарцумян высказал мнение, что само ядро состоит из так называемого гиперонного газа с фантастической плотностью, а именно 1015 г/см3: один кубический сантиметр этого газа должен весить 100 000 000 тонн. На поверхности этого гиперонного ядра происходит превращение гиперонов в нейтроны, которые затем распадаются на протоны и электроны. Это приводит к наблюдаемому образова-нию межзвездного водорода в ядрах галактики. В своем дальнейшем развитии галактика продолжает сжиматься и принимает форму плоского диска, который сохраняет свою спиральную структуру. Плотность галактики повышается, и число образующихся в ней звезд увеличивается. В течение нескольких десятков миллиардов лет активность ядер в конце концов истощается, спиральная структура исчезает и галактика становится эллиптической, без признаков внутренней структуры и без сверхплотного ядра. В эллиптической галактике звезды образуются в ограниченном числе. Английские астрономы оценили возраст некоторых бесструктурных и спиралеобразных галактик по содержанию в них массы и по их яркости: одной из самых молодых галактик является Малое Магелланово облако, которое образовалось около 5 миллиардов лет тому назад, галактика М31 в созвездии Андромеды имеет возраст 35 миллиардов лет, а галактика М101 в созвездии Большой Медведицы даже 140 миллиардов лет. Наша Галактика, по мнению большинства ученых, относится к сравнительно молодым галактикам.
В ПУЧИНАХ "БОЛЬШОГО ВЗРЫВА"
Особого внимания и осмысления требует наиболее распространенная в настоящее время модель "горячей" Вселенной, сопряженная с концепцией "Большого взрыва" (рис. 61, 62). Не надо думать, что представление о расширяющейся Вселенной -открытие ХХ века. Мысли о расширяющемся Космосе высказывались еще в Ригведе и в орфико-пифагорейских космологических учениях. В конце концов электромагнитные волны, включая свет, от любого ненаправленного и несфокусированного источника не могут быть ничем иным, кроме как расширяющейся сферой электромагнитного фронта. Космологи-релятивисты просто абсолютизировали взрывной характер данного вполне естественного процесса. К тому же релятивистские космологические модели получены исключительно умозрительным путем и усилием мысли же произвольно перенесены затем на весь Космос.
Согласно концепции "Большого взрыва", Вселенная возникла из одной точки, радиусом равной нулю, но с плотностью равной бесконечности* (рис. 63, 64). Что это за точка, именуемая сингулярностью, каким образом из ничего появляется вся неисчерпаемая Вселенная и что находится за пределами сингулярности -- об этом сторонники и пропагандисты данной гипотезы умалчивают. "Большой взрыв" произошел 10--20 миллиардов лет назад (точный возраст зависит от величины постоянной Хаббла, вводимой в соответствующую формулу). Эта величина, в свою очередь, может иметь различные значения в зависимости от методов, применяемых для измерения расстояния от Земли до галактик.
В целом же трезвый подход к квазикосмистским умозрениям типа "Большого взрыва" хорошо выразил известный шведский физик и астрофизик, лауреат Нобелевской премии Х. Альвен. Отнеся данную гипотезу к разряду математических мифов и отмечая возрастание фанатичной веры в него, он пишет: "...Эта космологическая теория представляет собой верх абсурда -- она утверждает, что вся Вселенная возникла в некий определенный момент подобно взорвавшейся атомной бомбе, имеющей размеры (более или менее) с булавочную головку. Похоже на то, что в теперешней интеллектуальной атмосфере огромным преимуществом космологии "Большого взрыва" служит то, что она является оскорблением здравого смысла: credo, quia absurdum ("верую, ибо это абсурдно")! Когда ученые сражаются против астрологических бессмыслиц вне стен "храмов науки", неплохо было бы припомнить, что в самих этих стенах подчас культивируется еще худшая бессмыслица"**.
В рамках теории "Большого взрыва" отрицается вечность и бесконечность Вселенной, так как Вселенная имела начало во времени и по прошествии даже максимального срока в 20 миллиардов лет успела расшириться (раздуться) на ограниченное расстояние. Что находится за пределами радиуса расширяющейся Вселенной -- тоже запретная тема для обсуждения. Обычно отделываются ничего не объясняющими утверждениями, смысл которых примерно следующий: Вселенная такова, потому что это вытекает из математических формул. В частности, сингулярность получается путем чисто математических преобразований и затем проецируется на космическую реальность. Вообще объектом релятивистской космологии являются предельно абстрактные модели, опирающиеся на сложнейший математический аппарат. При этом сначала решаются уравнения или доказывается теорема, а затем уже решается вопрос о том, каким образом следует скорректировать прежнее, не менее абстрактное математическое описание Космоса или, быть может, заменить старую космологическую модель на новую.
С полной очевидностью он обнаруживается и в истории с космологической сингулярностью. Впервые релятивистская идея расширяющейся Вселенной была сформулирована и математически обоснована российским ученым А.А. Фридманом в двадцатые годы. Его ученик Дж. Гамов рассчитал в конце сороковых годов модель горячей взрывающейся Вселенной, положив начало концепции "Большого взрыва". Но широкое распространение и внедрение эта теория получила лишь с середины 1960-х годов.
Вот как излагает историю вопроса С. Хокинг -- один из наиболее авторитетных современных ученых, внесший большой личный вклад в развитие и распространение релятивист-ской космологии (ныне Хокинг руководит той самой кафедрой в Кембриджском университете, которую когда-то возглавлял Ньютон, -- свидетельство наивысшего признания в научном мире). Отправной точкой размышлений Хокинга послужила теория другого английского математика и физика -- Р. Пенроуза. Обосновывая начало Вселенной во времени и исходя из поведения световых конусов в общей теории относительности, Пенроуз математически показал, что когда звезда сжимается под действием собственных сил гравитации, она ограничивается областью, поверхность которой в конце концов сжимается до нуля. А раз поверхность этой области сжимется до нуля -- следовательно, то же самое должно происходить и с ее объемом. Все вещество звезды будет сжато в нулевом объеме, так что ее плотность и кривизна пространства-времени станут бесконечными. В данной ситуации и возникает сингулярность, выведенная исключительно математическим путем в рамках теперь уже классической теоремы Пенроуза*.
В 1965 году Хокинг познакомился с теорией Пенроуза и решил распространить ее на всю Вселенную, изменив при этом направление времени на обратное так, чтобы сжатие перешло в расширение. Другими словами, в математических уравнениях был заменен знак, что позволило ввести новую модель Большого Космоса, совмещенного с "Большим взрывом", точкой отсчета которого стала сингулярность. Спустя пять лет Хокинг опубликовал на эту тему работу уже совместно с Пенроузом**. Вот, собственно, и вся подоплека господствующей в настоящее время модели Вселенной, которая в дальнейшем уточнялась в деталях, но не в принципе.
* См.: Пенроуз Р. Гравитационный коллапс и пространственно-временные сингулярности // Альберт Эйнштейн и теория гравитации. М., 1979. С. 390--395.
** См.: Хокинг С. От Большого взрыва до черных дыр: Краткая история времени. М., 1990. С. 45--50.
Показательно, что теория целиком и полностью родилась "на кончике пера" и соткана из тончайшей математической паутины. Ее возможное соответствие космической реальности целиком и полностью зиждется на энтузиазме и активности авторов, поддерживающих друг друга и поддерживаемых не менее дружно всеми возможными информационными средствами. В действительности ничего, кроме искусной комбинации математических отношений, существующих в двух вариантах -- либо в голове теоретика, либо в письменном или напечатанном виде, авторы "взрывотворящих" космологических гипотез предложить не могут.
Тем не менее разработка концепции "Большого взрыва" происходила в ускоренном режиме. Не связанные какими бы то ни было ограничениями, теоретики дали полную волю своему воображению. Особенно их привлекали краевые значения: что было в самом начале и что ждет их детище в самом конце. Проблема "начала" породила необозримый поток публикаций, включая быстро завоевавшие популярность монографии, такие, к примеру, как переведенная на многие языки книга американского физика, лауреата Нобелевской премии Стивена Вайнберга "Первые три минуты: Современный взгляд на происхождение Вселенной". Здесь, так сказать, посекундно расписано, как вела себя материя, возникшая из ничего, в первые три минуты своего существования.
Но посекундного расписания оказалось мало. Стали разрабатывать модели (повторим, -- сугубо абстрактно-математические), позволяющие представить, что было (точнее -- "было бы, если бы было") со Вселенной в первые десятые и даже сотые доли секунды. Особую известность получила так называемая "инфляционная модель" Вселенной, разработанная российским космологом А.Д. Линде. Ее популярность и быстрое признание были обусловлены тем, что с помощью новых математических допущений удалось преодолеть возникшие противоречия между двумя теоретическими "китами" -- космологией и физической теорией элементарных частиц.
Специалисты по теории элементарных частиц давно обращали внимание на неясные моменты космологии и задавали вопросы, которые казались почти метафизическими. Что было до начала расширения Вселенной? Почему Вселенная однородна и изотропна? Почему разные ее части, далеко удаленные друг от друга, так похожи, хотя формировались независимо? Поначалу казалось, что ответы на эти вопросы выходят за рамки целей и возможностей науки. Именно поэтому такой большой интерес вызвала предложенная Линде теория инфляционной, раздувающейся, Вселенной, в которой удалось ответить на большую часть приведенных вопросов. Общая черта различных вариантов инфляционной теории -- существование стадии очень быстрого (экспоненциального) расширения Вселенной в вакуумоподобном состоянии с огромной плотностью энергии. Эта стадия и называется стадией инфляции. После нее вакуумоподобное состояние распадается, образующиеся при этом частицы взаимодействуют друг с другом, устанавливается термодинамическое равновесие, и лишь вслед за этим Вселенная начинает эволюционировать согласно стандартной модели "горячей Вселенной". В типичных моделях инфляции стадия раздувания продолжается всего 10--35 с, но за это время раздувающиеся области Вселенной успевают увеличить свой размер в 10000000000 ? 1010 раз*.
Вдохновленный "инфляционным подходом", Стивен Хокинг решил довести ультрарелятивистскую модель "Большого взрыва" до логического конца и ответить на весьма щекотливый вопрос: что же станет со Вселенной, когда она завершит эволюцию, предписанную математическими уравнениями. Ответ обескураживает своей бесхитростной простотой: она опять превратится в сингулярность, то есть в точку с нулевым радиусом. Хокинг даже припугивает: "Сингулярности не будет лишь в том случае, если представлять себе развитие Вселенной в мнимом времени"**. Вот так: либо соглашайся с сингулярностью, либо будешь жить в мнимом времени! Ужасная просто перспектива! Хорошо еще, что она существует только в разыгравшемся теоретическом воображении, а мнимое время -- такая же математическая абстракция, как и сингулярность.
Итак, модель "Большого взрыва" -- всего лишь одна из возможных воображаемых конструкций, плод игры теоретической мысли. Воистину прав был Максимилиан Волошин, который, точно предвидя грядущий теоретический "беспредел", писал:
* См.: Выступление А.Д. Линде на Международной конференции, посвященной 100-летию со дня рождения А.А. Фридмана в обзоре: Горячие точки космологии // Природа. 1989. No 7.
** Хокинг С. От Большого взрыва до черных дыр: Краткая история времени. М., 1990. С. 121.
Мы, возводя соборы космогоний,
Не внешний в них отображаем мир,
А только грани нашего незнанья...
Не менее показательно и другое. Гипотетические расчеты релятивистов относительно вероятного возраста расширяющейся или раздувающейся модели Вселенной постоянно вступают в противоречия и оказываются несовместимыми с расчетами, полученными другими методами и в других отраслях знания. В частности, это касается химического возраста звезд и геологического возраста Земли, если наложить имеющиеся и научно обоснованные данные на релятивистскую шкалу времени. И расчетный возраст Земли, превышающий по современным геофизическим данным 10 миллиардов лет, и измерения изотропного возраста метеоритов не вписываются в релятивистские временные параметры Вселенной, предусматривающие ее начало в результате Большого взрыва, а по существу опровергают их. Так, возраст горных пород, полученных в Кольской сверхглубокой скважине, оценивается в 13 миллиардов лет. Или другой факт. Еще в 1980-е годы был открыт квазар, свет от которого по расчетам астрономов идет до земного наблюдателя более 60 миллиардов лет*. Значит, столько же существует и сам квазар, который никак не вписывается в прокрустово ложе гипотезы "Большого взрыва". Значит, не менее указанного срока существует и данный участок Вселенной. И сама Вселенная!
Сам же Хокинг, когда он попытался внести коррективы в первоначальные представления о сингулярности, не встретил никакой поддержки в кругу единомышленников: джин, как говорится, был выпущен из бутылки. Это наглядно демонстрирует простой факт: с одной стороны, самые строгие математические выводы в любое время можно менять на диаметрально противоположные (как это и было проделано Хокингом: в теореме Пенроуза направление времени было изменено на обратное, а в дальнейшем было введено понятие мнимого времени); с другой стороны, ученый мир волен принимать или не принимать даже самые безукоризненные математические выкладки. (Вот оно лишнее подтверждение применительно к современной ситуации в науке известного тезиса Н.Ф. Федорова о "небратском" отношении между учеными, для преодоления которого необходимо овладение принципами "космической этики".)
Подобная "методология", естественно, чревата полным беспределом. Так, попытка описать пространство вокруг вращающейся "черной дыры" с помощью эллипсоидальной системы координат (так называемое решение Керра, допускающее бесконечно большое число вселенных прошлого и будущего) -- расчеты проделаны все тем же Пенроузом и оформлены им в виде наглядных диаграмм -- и экстраполяция полученных выводов на окружающий мир приводит к следующей картине Вселенной. "Представим себе, например, космонавта, вылетевшего с Земли и нырнувшего в вращающуюся или заряженную черную дыру. Немного пространствовав там, он обнаружит Вселенную, являющуюся его же собственной, только на 10 минут более ранней во времени. Войдя в эту более раннюю Вселенную, он обнаружит, что все обстоит так, как было за несколько минут до его отправления. Он может даже встретить самого себя, полностью готового к посадке в космический корабль. Встретив самого себя, он может рассказать себе же, как он славно попутешествовал. Затем, вдвоем с самим собой, он может... снова повторить тот же полет!"*.
Попытки критически осмыслить подобные допущения или выдвинуть контраргументы наталкиваются нередко на далеко не научное противодействие. Об этом говорят многие западные авторы. Американский астроном Дж. Бербидж попытался проанализировать причины странной популярности гипотезы "Большого взрыва", в основе которой лежат непроверенные предположения. Прежде всего ошеломил темп ее распространения: на Западе конференции, посвященные данной космологической модели, проводятся в среднем раз в месяц. В учебниках релятивистская модель излагается как доказанная раз и навсегда и единственно возможная. Опубликовать в научном издании альтернативную статью практически невозможно из-за наличия жесточайшей цензуры. Сторонником альтернативных подходов чрезвычайно трудно получить финансовую поддержку (в то время как для релятивистов она идет широким потоком) и даже время для наблюдений на телескопе. Так, известному астроному Х. Арпу было отказано в наблюдениях крупнейшими американскими обсерваториями, поскольку целью его исследований были поиски фактов против релятивистской космологической модели. А ведь Х. Арпу принадлежит заслуга в открытии двойных галактик, связанных друг с другом туманными струями. При этом красное смещение у двух взаимосвязанных объектов оказалось совершенно различным, что, естественно, не вписывалось ни в гипотезу "Большого взрыва", ни даже в истолкование факта красного смещения*.
Свободное оперирование теоретическими конструкциями, без их сопряжения с научной (а в данном случае -- космистской) методологией приводит к отрыву от материальной действительности результатов математических операций и как следствие -- к самым парадоксальным и невероятным выводам. Подтверждением тому может служить гипотеза "фридмонов" М.А. Маркова. Согласно этой гипотезе, "Вселенная в целом может оказаться микроскопической частицей. Микроскопическая частица может содержать в себе целую Вселенную"**. Подобные микроскопические объекты, "внутри" которых могут находиться звездные системы, галактики, цивилизации, получили название "фридмонов" (в честь А.А. Фридмана). Выдвигаемые положения наглядно иллюстрируются с помощью знаменитого "демона Максвелла" -- гипотетического существа, способного оказаться в любой невероятной ситуации и описать ее. Вот что увидел бы такой "демон" при полете через Вселенную, представляющую собой "фридмон". Двигаясь от центра нашей Вселенной, "максвелловский демон", пройдя ультрамакроскопические расстояния между галактиками, в конце концов оказался бы в некоторой области, где наш мир с помощью микроскопической горловиной сферы связан с другим, "внешним" по отношению к нашему, пространством. Но если бы любознательный "демон" протиснулся сквозь горловину за пределы "фридмона" и взглянул со стороны на нашу Вселенную, то с удивлением обнаружил бы, что извне она представляется микроскопическим объектом.
Вывод о макро-микроскопической Вселенной базируется на строгом и оригинальном математическом расчете. Но значит ли это, что предлагаемое решение и является абсолютной "формулой мира", раскрывающей самые что ни на есть фундаментальные закономерности движущейся материи? Ничуть. Упомянутая формула является одной из бесчисленного множества возможных и столь же равноправных моделей и формул, каждая из которых будет описывать вполне определенную (новую в каждом отдельном случае) совокупность объективных природных отношений.
В модели "фридмона" учитывается соотношение полузамкнутой неевклидовой сферы с различными величинами ее радиуса, а также с гравитационной и световой константами, полными электрическим зарядом системы и массой вещества, содержащегося в границах описываемой Вселенной. При определенных значениях заданных величин, и в частности -- радиуса сферы, ее поверхность может увеличиваться от нуля до некоторого максимума, а затем уменьшаться, стягиваясь в одну точку. Неудивительно, что получаются именно такие результаты. Отношения математических величин нередко обращаются в нуль. Точно так же отношение двух бесконечно больших (в математическом смысле) Евклидовых сфер может реализоваться в одной бесконечно малой (опять-таки в математическом смысле) точке: например, при соприкосновении таких сфер. Налицо объективное отношение, при котором бесконечно большое переходит в бесконечно малое (или наоборот) и онтологию которого легко можно понять, используя философские космистские принципы. Такую геометрическую модель можно наполнить и определенным физическим содержанием. Но даст ли это право обращать ее в узду для бесконечной Вселенной? Нет, потому что в конкретные отношения, с какой бы степенью полноты они ни были бы познаны, нельзя втиснуть неисчерпаемые материальные отношения. Нет, потому что бесконечная и вечно движущаяся Вселенная не сводится к одним лишь отношениям. Вместе с тем понимание сути отношений, присущих им объективных закономерностей, включая и закономерности их отображения в научных понятиях и теориях, помогают составить правильное представление о материальной действительности и на этой основе построить единую научную картину мира.
** См.: Пиблс Ф.Дж.Э. Структура Вселенной в больших масштабах. М., 1983; Бернс Дж. О. Гигантские структуры Вселенной // В мире науки. 1986. No 9.
Самые большие из обнаруженных на сегодня сверхскоплений напоминают длинные волокна или же сферические оболочки, состоящие из сотен и даже тысяч галактик. Самое большое из обнаруженных скоплений имеет протяженность более 1 миллиарда световых лет. Такое вытянутое галактическое волокно было открыто в области созвездий Персей и Пегас. Начинаясь вблизи Персея, оно, плавно изгибаясь, уходит в южном направлении. Здесь можно насчитать 16 структурных элементов, состоящих из галактических "кучек". Между ними равномерные зазоры длиной по 160 миллионов световых лет. Космические пустоты столь же протяженны. Так, измеренные расстояния между волокнами достигают 300 миллионов световых лет. Все это позволило космологам сравнивать структуру Вселенной с гигантской губкой или ноздрястой головкой сыра.
Интенсивное изучение галактик, в том числе и с помощью радиотелескопов, открытие фонового излучения, новых, совершенно необычных космических объектов типа квазаров привело к возникновению новых загадок и к созданию множества космологических моделей строения и происхождения Вселенной. Как же современные ученые представляют себе происхождение и эволюцию различных космических структур? Автор данной книги исходит из традиционно-классической предпосылки правильного понимания данной проблемы, подтвержденного авторитетом мирового космистского мировоззрения. Суть такого подхода в следующем. Вселенная существует вечно, пребывая, однако, в непрерывном движении, развитии, возникновении и исчезновении ее многоразличных и неисчерпаемых форм, их постоянной трансформации и взаимопереходах друг в друга. Конкретные космические объекты (конечные -- в отличие от бесконечно-целостной Вселенной) постоянно эволюционируют: они рождаются, живут и умирают, но на их месте незамедлительно появляются новые. Все в мире устроено так, что если, к примеру, конкретные отдельно взятые звезды, планеты, галактики гибнут, то звезда, планета, галактика как явление природы не исчезают, и их общее невообразимо большое количество во Вселенной сохраняется.
Все космогонические старые и новые естественно-научные теории (а точнее -- гипотезы) -- сколь бы сложны или вычурны они ни были -- крутятся вокруг двух простых слов "холодно" и "горячо". Первые утверждают, что исходный материал, из которого образовались небесные тела, был сначала холодным, а затем постепенно (или, напротив, мгновенно) разогревался. Вторые доказывают обратное: исходный материал изначально был горячим (и даже -- сверхгорячим), а остывание началось после образования космических протообъектов. В первом случае мы имеем дело с так называемыми "холодными моделями", во втором -- с "горячими". Но, как уже говорилось: моделей много -- мир один.
Весомый вклад в разработку космогонических идей внес известный советский астроном В.А. Амбарцумян (1908--1996). Его взгляды и подходы разделяют ученые разных стран. Особенно конструктивными и плодотворными астрономические и космологические наработки Амбарцумяна оказались в области галактической и внегалактической астрономии. По мнению ученого, эволюция любой галактики в очень большой степени зависит от активности и деятельности ее ядра. Эта точка зрения не считается общепринятой. Наличие ядра -- распространенное свойство галактик (хотя есть галактики и без ядер). Ядра есть и в нашей Галактике, и в галактике Андромеды, и во многих других. Что они собой представляют? Ядро галактики Андромеды, например, -- небольшая звездная система, диаметром около 10 световых лет. Это небольшая величина, если учитывать, что диаметры самих галактик измеряются иногда несколькими десятками тысяч световых лет. Ядра галактик -- очень плотные образования, там множество звезд, и есть предположение, что ядра состоят только из звезд. Но еще в 40-х годах нашего столетия было открыто, что некоторые ядра, видимо, находятся в каком-то странном, возбужденном состоянии, там происходит движение газов со скоростью около 1 000 километров в секунду. Массы этих газов огромны, они измеряются тысячами солнечных масс, а иногда и сотнями тысяч. Каков же источник газов? Изучение радиогалактик позволило предположить, что в каждом ядре есть какое-то тело, обладающее незвездными свойствами, которое выбрасывает из себя огромные массы газов. Наконец, существуют компактные галактики. Это, по сути дела, одно ядро, и ничего больше.
Галактики, вероятно, начинают свое существование как образования неопределенной формы -- типа Магеллановых облаков. Под влиянием активности их ядер они постепенно принимают спиральную структуру. Выбрасывающиеся из ядра массы располагаются вблизи ядра вдоль магнитных силовых линий, которые затем из-за вращения галактики закручиваются и образуют спиральные ветви. Эти ветви должны беспрерывно возобновляться путем выбросов вещества из ядра, так как из-за утечки вещества вдоль магнитных силовых линий ветви могут исчезнуть через относительно короткое время в несколько сотен миллионов лет. Каким образом пополняется масса ядер, мы пока еще не знаем. Астрономы считают, что в течение существования нашей собственной Галактики (системы Млечного Пути) из ее ядра было выброшено около 10% ее общей массы, что составляет массу 20 миллионов Солнц. Такое большое уплотнение вещества в сравнительно небольшом объеме, которое имеется в ядре нашей Галактики, нигде больше не наблюдается.
В. А. Амбарцумян высказал мнение, что само ядро состоит из так называемого гиперонного газа с фантастической плотностью, а именно 1015 г/см3: один кубический сантиметр этого газа должен весить 100 000 000 тонн. На поверхности этого гиперонного ядра происходит превращение гиперонов в нейтроны, которые затем распадаются на протоны и электроны. Это приводит к наблюдаемому образова-нию межзвездного водорода в ядрах галактики. В своем дальнейшем развитии галактика продолжает сжиматься и принимает форму плоского диска, который сохраняет свою спиральную структуру. Плотность галактики повышается, и число образующихся в ней звезд увеличивается. В течение нескольких десятков миллиардов лет активность ядер в конце концов истощается, спиральная структура исчезает и галактика становится эллиптической, без признаков внутренней структуры и без сверхплотного ядра. В эллиптической галактике звезды образуются в ограниченном числе. Английские астрономы оценили возраст некоторых бесструктурных и спиралеобразных галактик по содержанию в них массы и по их яркости: одной из самых молодых галактик является Малое Магелланово облако, которое образовалось около 5 миллиардов лет тому назад, галактика М31 в созвездии Андромеды имеет возраст 35 миллиардов лет, а галактика М101 в созвездии Большой Медведицы даже 140 миллиардов лет. Наша Галактика, по мнению большинства ученых, относится к сравнительно молодым галактикам.
В ПУЧИНАХ "БОЛЬШОГО ВЗРЫВА"
Особого внимания и осмысления требует наиболее распространенная в настоящее время модель "горячей" Вселенной, сопряженная с концепцией "Большого взрыва" (рис. 61, 62). Не надо думать, что представление о расширяющейся Вселенной -открытие ХХ века. Мысли о расширяющемся Космосе высказывались еще в Ригведе и в орфико-пифагорейских космологических учениях. В конце концов электромагнитные волны, включая свет, от любого ненаправленного и несфокусированного источника не могут быть ничем иным, кроме как расширяющейся сферой электромагнитного фронта. Космологи-релятивисты просто абсолютизировали взрывной характер данного вполне естественного процесса. К тому же релятивистские космологические модели получены исключительно умозрительным путем и усилием мысли же произвольно перенесены затем на весь Космос.
Согласно концепции "Большого взрыва", Вселенная возникла из одной точки, радиусом равной нулю, но с плотностью равной бесконечности* (рис. 63, 64). Что это за точка, именуемая сингулярностью, каким образом из ничего появляется вся неисчерпаемая Вселенная и что находится за пределами сингулярности -- об этом сторонники и пропагандисты данной гипотезы умалчивают. "Большой взрыв" произошел 10--20 миллиардов лет назад (точный возраст зависит от величины постоянной Хаббла, вводимой в соответствующую формулу). Эта величина, в свою очередь, может иметь различные значения в зависимости от методов, применяемых для измерения расстояния от Земли до галактик.
В целом же трезвый подход к квазикосмистским умозрениям типа "Большого взрыва" хорошо выразил известный шведский физик и астрофизик, лауреат Нобелевской премии Х. Альвен. Отнеся данную гипотезу к разряду математических мифов и отмечая возрастание фанатичной веры в него, он пишет: "...Эта космологическая теория представляет собой верх абсурда -- она утверждает, что вся Вселенная возникла в некий определенный момент подобно взорвавшейся атомной бомбе, имеющей размеры (более или менее) с булавочную головку. Похоже на то, что в теперешней интеллектуальной атмосфере огромным преимуществом космологии "Большого взрыва" служит то, что она является оскорблением здравого смысла: credo, quia absurdum ("верую, ибо это абсурдно")! Когда ученые сражаются против астрологических бессмыслиц вне стен "храмов науки", неплохо было бы припомнить, что в самих этих стенах подчас культивируется еще худшая бессмыслица"**.
В рамках теории "Большого взрыва" отрицается вечность и бесконечность Вселенной, так как Вселенная имела начало во времени и по прошествии даже максимального срока в 20 миллиардов лет успела расшириться (раздуться) на ограниченное расстояние. Что находится за пределами радиуса расширяющейся Вселенной -- тоже запретная тема для обсуждения. Обычно отделываются ничего не объясняющими утверждениями, смысл которых примерно следующий: Вселенная такова, потому что это вытекает из математических формул. В частности, сингулярность получается путем чисто математических преобразований и затем проецируется на космическую реальность. Вообще объектом релятивистской космологии являются предельно абстрактные модели, опирающиеся на сложнейший математический аппарат. При этом сначала решаются уравнения или доказывается теорема, а затем уже решается вопрос о том, каким образом следует скорректировать прежнее, не менее абстрактное математическое описание Космоса или, быть может, заменить старую космологическую модель на новую.
С полной очевидностью он обнаруживается и в истории с космологической сингулярностью. Впервые релятивистская идея расширяющейся Вселенной была сформулирована и математически обоснована российским ученым А.А. Фридманом в двадцатые годы. Его ученик Дж. Гамов рассчитал в конце сороковых годов модель горячей взрывающейся Вселенной, положив начало концепции "Большого взрыва". Но широкое распространение и внедрение эта теория получила лишь с середины 1960-х годов.
Вот как излагает историю вопроса С. Хокинг -- один из наиболее авторитетных современных ученых, внесший большой личный вклад в развитие и распространение релятивист-ской космологии (ныне Хокинг руководит той самой кафедрой в Кембриджском университете, которую когда-то возглавлял Ньютон, -- свидетельство наивысшего признания в научном мире). Отправной точкой размышлений Хокинга послужила теория другого английского математика и физика -- Р. Пенроуза. Обосновывая начало Вселенной во времени и исходя из поведения световых конусов в общей теории относительности, Пенроуз математически показал, что когда звезда сжимается под действием собственных сил гравитации, она ограничивается областью, поверхность которой в конце концов сжимается до нуля. А раз поверхность этой области сжимется до нуля -- следовательно, то же самое должно происходить и с ее объемом. Все вещество звезды будет сжато в нулевом объеме, так что ее плотность и кривизна пространства-времени станут бесконечными. В данной ситуации и возникает сингулярность, выведенная исключительно математическим путем в рамках теперь уже классической теоремы Пенроуза*.
В 1965 году Хокинг познакомился с теорией Пенроуза и решил распространить ее на всю Вселенную, изменив при этом направление времени на обратное так, чтобы сжатие перешло в расширение. Другими словами, в математических уравнениях был заменен знак, что позволило ввести новую модель Большого Космоса, совмещенного с "Большим взрывом", точкой отсчета которого стала сингулярность. Спустя пять лет Хокинг опубликовал на эту тему работу уже совместно с Пенроузом**. Вот, собственно, и вся подоплека господствующей в настоящее время модели Вселенной, которая в дальнейшем уточнялась в деталях, но не в принципе.
* См.: Пенроуз Р. Гравитационный коллапс и пространственно-временные сингулярности // Альберт Эйнштейн и теория гравитации. М., 1979. С. 390--395.
** См.: Хокинг С. От Большого взрыва до черных дыр: Краткая история времени. М., 1990. С. 45--50.
Показательно, что теория целиком и полностью родилась "на кончике пера" и соткана из тончайшей математической паутины. Ее возможное соответствие космической реальности целиком и полностью зиждется на энтузиазме и активности авторов, поддерживающих друг друга и поддерживаемых не менее дружно всеми возможными информационными средствами. В действительности ничего, кроме искусной комбинации математических отношений, существующих в двух вариантах -- либо в голове теоретика, либо в письменном или напечатанном виде, авторы "взрывотворящих" космологических гипотез предложить не могут.
Тем не менее разработка концепции "Большого взрыва" происходила в ускоренном режиме. Не связанные какими бы то ни было ограничениями, теоретики дали полную волю своему воображению. Особенно их привлекали краевые значения: что было в самом начале и что ждет их детище в самом конце. Проблема "начала" породила необозримый поток публикаций, включая быстро завоевавшие популярность монографии, такие, к примеру, как переведенная на многие языки книга американского физика, лауреата Нобелевской премии Стивена Вайнберга "Первые три минуты: Современный взгляд на происхождение Вселенной". Здесь, так сказать, посекундно расписано, как вела себя материя, возникшая из ничего, в первые три минуты своего существования.
Но посекундного расписания оказалось мало. Стали разрабатывать модели (повторим, -- сугубо абстрактно-математические), позволяющие представить, что было (точнее -- "было бы, если бы было") со Вселенной в первые десятые и даже сотые доли секунды. Особую известность получила так называемая "инфляционная модель" Вселенной, разработанная российским космологом А.Д. Линде. Ее популярность и быстрое признание были обусловлены тем, что с помощью новых математических допущений удалось преодолеть возникшие противоречия между двумя теоретическими "китами" -- космологией и физической теорией элементарных частиц.
Специалисты по теории элементарных частиц давно обращали внимание на неясные моменты космологии и задавали вопросы, которые казались почти метафизическими. Что было до начала расширения Вселенной? Почему Вселенная однородна и изотропна? Почему разные ее части, далеко удаленные друг от друга, так похожи, хотя формировались независимо? Поначалу казалось, что ответы на эти вопросы выходят за рамки целей и возможностей науки. Именно поэтому такой большой интерес вызвала предложенная Линде теория инфляционной, раздувающейся, Вселенной, в которой удалось ответить на большую часть приведенных вопросов. Общая черта различных вариантов инфляционной теории -- существование стадии очень быстрого (экспоненциального) расширения Вселенной в вакуумоподобном состоянии с огромной плотностью энергии. Эта стадия и называется стадией инфляции. После нее вакуумоподобное состояние распадается, образующиеся при этом частицы взаимодействуют друг с другом, устанавливается термодинамическое равновесие, и лишь вслед за этим Вселенная начинает эволюционировать согласно стандартной модели "горячей Вселенной". В типичных моделях инфляции стадия раздувания продолжается всего 10--35 с, но за это время раздувающиеся области Вселенной успевают увеличить свой размер в 10000000000 ? 1010 раз*.
Вдохновленный "инфляционным подходом", Стивен Хокинг решил довести ультрарелятивистскую модель "Большого взрыва" до логического конца и ответить на весьма щекотливый вопрос: что же станет со Вселенной, когда она завершит эволюцию, предписанную математическими уравнениями. Ответ обескураживает своей бесхитростной простотой: она опять превратится в сингулярность, то есть в точку с нулевым радиусом. Хокинг даже припугивает: "Сингулярности не будет лишь в том случае, если представлять себе развитие Вселенной в мнимом времени"**. Вот так: либо соглашайся с сингулярностью, либо будешь жить в мнимом времени! Ужасная просто перспектива! Хорошо еще, что она существует только в разыгравшемся теоретическом воображении, а мнимое время -- такая же математическая абстракция, как и сингулярность.
Итак, модель "Большого взрыва" -- всего лишь одна из возможных воображаемых конструкций, плод игры теоретической мысли. Воистину прав был Максимилиан Волошин, который, точно предвидя грядущий теоретический "беспредел", писал:
* См.: Выступление А.Д. Линде на Международной конференции, посвященной 100-летию со дня рождения А.А. Фридмана в обзоре: Горячие точки космологии // Природа. 1989. No 7.
** Хокинг С. От Большого взрыва до черных дыр: Краткая история времени. М., 1990. С. 121.
Мы, возводя соборы космогоний,
Не внешний в них отображаем мир,
А только грани нашего незнанья...
Не менее показательно и другое. Гипотетические расчеты релятивистов относительно вероятного возраста расширяющейся или раздувающейся модели Вселенной постоянно вступают в противоречия и оказываются несовместимыми с расчетами, полученными другими методами и в других отраслях знания. В частности, это касается химического возраста звезд и геологического возраста Земли, если наложить имеющиеся и научно обоснованные данные на релятивистскую шкалу времени. И расчетный возраст Земли, превышающий по современным геофизическим данным 10 миллиардов лет, и измерения изотропного возраста метеоритов не вписываются в релятивистские временные параметры Вселенной, предусматривающие ее начало в результате Большого взрыва, а по существу опровергают их. Так, возраст горных пород, полученных в Кольской сверхглубокой скважине, оценивается в 13 миллиардов лет. Или другой факт. Еще в 1980-е годы был открыт квазар, свет от которого по расчетам астрономов идет до земного наблюдателя более 60 миллиардов лет*. Значит, столько же существует и сам квазар, который никак не вписывается в прокрустово ложе гипотезы "Большого взрыва". Значит, не менее указанного срока существует и данный участок Вселенной. И сама Вселенная!
Сам же Хокинг, когда он попытался внести коррективы в первоначальные представления о сингулярности, не встретил никакой поддержки в кругу единомышленников: джин, как говорится, был выпущен из бутылки. Это наглядно демонстрирует простой факт: с одной стороны, самые строгие математические выводы в любое время можно менять на диаметрально противоположные (как это и было проделано Хокингом: в теореме Пенроуза направление времени было изменено на обратное, а в дальнейшем было введено понятие мнимого времени); с другой стороны, ученый мир волен принимать или не принимать даже самые безукоризненные математические выкладки. (Вот оно лишнее подтверждение применительно к современной ситуации в науке известного тезиса Н.Ф. Федорова о "небратском" отношении между учеными, для преодоления которого необходимо овладение принципами "космической этики".)
Подобная "методология", естественно, чревата полным беспределом. Так, попытка описать пространство вокруг вращающейся "черной дыры" с помощью эллипсоидальной системы координат (так называемое решение Керра, допускающее бесконечно большое число вселенных прошлого и будущего) -- расчеты проделаны все тем же Пенроузом и оформлены им в виде наглядных диаграмм -- и экстраполяция полученных выводов на окружающий мир приводит к следующей картине Вселенной. "Представим себе, например, космонавта, вылетевшего с Земли и нырнувшего в вращающуюся или заряженную черную дыру. Немного пространствовав там, он обнаружит Вселенную, являющуюся его же собственной, только на 10 минут более ранней во времени. Войдя в эту более раннюю Вселенную, он обнаружит, что все обстоит так, как было за несколько минут до его отправления. Он может даже встретить самого себя, полностью готового к посадке в космический корабль. Встретив самого себя, он может рассказать себе же, как он славно попутешествовал. Затем, вдвоем с самим собой, он может... снова повторить тот же полет!"*.
Попытки критически осмыслить подобные допущения или выдвинуть контраргументы наталкиваются нередко на далеко не научное противодействие. Об этом говорят многие западные авторы. Американский астроном Дж. Бербидж попытался проанализировать причины странной популярности гипотезы "Большого взрыва", в основе которой лежат непроверенные предположения. Прежде всего ошеломил темп ее распространения: на Западе конференции, посвященные данной космологической модели, проводятся в среднем раз в месяц. В учебниках релятивистская модель излагается как доказанная раз и навсегда и единственно возможная. Опубликовать в научном издании альтернативную статью практически невозможно из-за наличия жесточайшей цензуры. Сторонником альтернативных подходов чрезвычайно трудно получить финансовую поддержку (в то время как для релятивистов она идет широким потоком) и даже время для наблюдений на телескопе. Так, известному астроному Х. Арпу было отказано в наблюдениях крупнейшими американскими обсерваториями, поскольку целью его исследований были поиски фактов против релятивистской космологической модели. А ведь Х. Арпу принадлежит заслуга в открытии двойных галактик, связанных друг с другом туманными струями. При этом красное смещение у двух взаимосвязанных объектов оказалось совершенно различным, что, естественно, не вписывалось ни в гипотезу "Большого взрыва", ни даже в истолкование факта красного смещения*.
Свободное оперирование теоретическими конструкциями, без их сопряжения с научной (а в данном случае -- космистской) методологией приводит к отрыву от материальной действительности результатов математических операций и как следствие -- к самым парадоксальным и невероятным выводам. Подтверждением тому может служить гипотеза "фридмонов" М.А. Маркова. Согласно этой гипотезе, "Вселенная в целом может оказаться микроскопической частицей. Микроскопическая частица может содержать в себе целую Вселенную"**. Подобные микроскопические объекты, "внутри" которых могут находиться звездные системы, галактики, цивилизации, получили название "фридмонов" (в честь А.А. Фридмана). Выдвигаемые положения наглядно иллюстрируются с помощью знаменитого "демона Максвелла" -- гипотетического существа, способного оказаться в любой невероятной ситуации и описать ее. Вот что увидел бы такой "демон" при полете через Вселенную, представляющую собой "фридмон". Двигаясь от центра нашей Вселенной, "максвелловский демон", пройдя ультрамакроскопические расстояния между галактиками, в конце концов оказался бы в некоторой области, где наш мир с помощью микроскопической горловиной сферы связан с другим, "внешним" по отношению к нашему, пространством. Но если бы любознательный "демон" протиснулся сквозь горловину за пределы "фридмона" и взглянул со стороны на нашу Вселенную, то с удивлением обнаружил бы, что извне она представляется микроскопическим объектом.
Вывод о макро-микроскопической Вселенной базируется на строгом и оригинальном математическом расчете. Но значит ли это, что предлагаемое решение и является абсолютной "формулой мира", раскрывающей самые что ни на есть фундаментальные закономерности движущейся материи? Ничуть. Упомянутая формула является одной из бесчисленного множества возможных и столь же равноправных моделей и формул, каждая из которых будет описывать вполне определенную (новую в каждом отдельном случае) совокупность объективных природных отношений.
В модели "фридмона" учитывается соотношение полузамкнутой неевклидовой сферы с различными величинами ее радиуса, а также с гравитационной и световой константами, полными электрическим зарядом системы и массой вещества, содержащегося в границах описываемой Вселенной. При определенных значениях заданных величин, и в частности -- радиуса сферы, ее поверхность может увеличиваться от нуля до некоторого максимума, а затем уменьшаться, стягиваясь в одну точку. Неудивительно, что получаются именно такие результаты. Отношения математических величин нередко обращаются в нуль. Точно так же отношение двух бесконечно больших (в математическом смысле) Евклидовых сфер может реализоваться в одной бесконечно малой (опять-таки в математическом смысле) точке: например, при соприкосновении таких сфер. Налицо объективное отношение, при котором бесконечно большое переходит в бесконечно малое (или наоборот) и онтологию которого легко можно понять, используя философские космистские принципы. Такую геометрическую модель можно наполнить и определенным физическим содержанием. Но даст ли это право обращать ее в узду для бесконечной Вселенной? Нет, потому что в конкретные отношения, с какой бы степенью полноты они ни были бы познаны, нельзя втиснуть неисчерпаемые материальные отношения. Нет, потому что бесконечная и вечно движущаяся Вселенная не сводится к одним лишь отношениям. Вместе с тем понимание сути отношений, присущих им объективных закономерностей, включая и закономерности их отображения в научных понятиях и теориях, помогают составить правильное представление о материальной действительности и на этой основе построить единую научную картину мира.