Что было вначале?

01 ноября 1972 года, 00:00

Что было вначале?

Сгущение или взрыв!

«Рухнет вся система наших представлений...»

«Черные дыры» Вселенной

Спор, в котором все были правы и не правы

Нет такой области науки, где по всем вопросам царило бы единодушие. Нет и, к счастью, не будет, потому что никакое знание не может быть окончательным: природа бесконечна, и за всякой далью открывается новая, подернутая туманом, влекущая даль.

Но порой возникают споры, которые охватывают самые фундаментальные вопросы, в том числе такие, как способ познания, стиль научного мышления.

Или — или

Со времен Канта и Лапласа, то есть примерно полтораста лет, в астрономии сложилась и господствует стройная система представлений о возникновении звезд путем сгущения, конденсации газопылевой материи.

Если перевести эту теорию на житейский язык, то звезды возникают примерно так, как капельки воды в тучах. Сравнение достаточно вольное, но суть дела оно отражает. Теория хорошо согласуется с данными астрономических наблюдений, она разработана настолько, что с помощью компьютеров сейчас удалось рассчитать и представить весь путь эволюции звезд от начала сгущения газопылевой материи до стадии, когда в недрах этого сгустка вспыхивает термоядерная реакция, с чего, собственно, и начинается жизнь звезды. Выяснена в принципе и дальнейшая судьба звезды, когда ядерное горючее «выгорает», и она сжимается под действием сил тяготения.

Но с 1947 года в астрофизике возник прямо противоположный взгляд на то, как образуются звезды. Они, согласно новым представлениям, возникают не при сгущении газопылевых масс, а в результате деления на части, взрыва неких сверхмассивных, очень плотных тел, сгустков дозвездной материи.

Этот вызов классической теории был брошен академиком В. А. Амбарцумяном. Спор, захвативший страницы научных изданий, давно уже выплеснулся в газеты, журналы, и читатель-неастроном очутился под перекрестным огнем взаимно исключающих друг друга популярных статей.

Или — или! Но двух истин, как известно, не бывает. Так кто же прав?

Доводы «за»

Существующая гипотеза или теория всегда выступает в ореоле своей правоты и общепризнанности. У нее нет недостатка в убежденных сторонниках. За ее плечами множество успехов. Ей нет нужды еще раз доказывать свою справедливость. Достаточно только отбивать атаки.

Совсем иное дело гипотеза новая. Ей нужно отстоять свое право на существование, наступать, атаковать, проявлять всяческую активность. А ряды ее защитников еще очень и очень немногочисленны...

Именно таково сейчас положение гипотезы образования космических тел из сверхмассивных и плотных дозвездных сгустков. Каковы же те аргументы, которые она бросает на штурм классических представлений?

В 1947 году академик В. А. Амбарцумян и его сотрудники обнаружили группы горячих голубых и белых звезд, которые они предложили называть звездными ассоциациями. От обычного звездного скопления ассоциация отличается тем, что занимает значительно большую область пространства.

Амбарцумян пришел к заключению, что такие «рассеянные» звездные группы не могут быть устойчивыми, — сила взаимного притяжения звезд в них слишком мала, чтобы долгое время удерживать их вместе. А это значит, что ассоциации должны неизбежно распадаться.

Дальнейшие наблюдения привели академика Амбарцумяна к выводу, что ассоциации не просто неустойчивы — они расширяются со скоростью порядка 5 километров в час. Но если бы звезды, входящие в состав ассоциаций, образовались в результате сгущения диффузной материи, ничего подобного произойти не могло: скопления молодых звезд были бы устойчивыми.

«...Мы должны отказаться от старой идеи формирования звезд из диффузной материи, — писал В. А. Амбарцумян в 1955 году, — и предположить, что как диффузная материя, так и звезды возникают одновременно в результате деления протозвезд».

Еще один аргумент основывается на наблюдении так называемых вспыхивающих звезд, которые принадлежат к классу красных карликов. Время от времени эти звезды увеличивают свой блеск в сотни, а то и в тысячи раз. И это происходит в течение минут или даже секунд. А потом всего через несколько десятков минут звезда возвращается к своему обычному состоянию (см. «Вокруг света» № 5 за 1970 год).

Академик Амбарцумян и другие сторонники гипотезы «дозвездной материи» считают, что термоядерная энергия не может породить такие мгновенные и мощные вспышки — они вызваны распадом дозвездного вещества.

Но один из самых серьезных аргументов в пользу гипотезы распада — удивительные явления, происходящие в ядрах некоторых галактик. Яркий тому пример — галактика М-82. Относительно недавно в ее ядре произошел могучий взрыв, следы которого отчетливо видны. Выброшенные из ядра газовые массы с огромной скоростью — около 700 километров в секунду — растекаются от центра галактики к ее периферии.

Астрономы подсчитали, что только кинетическая энергия взрыва в М-82 составляет около 3 • 1055 эрг. Чтобы сделать это число более ощутимым, достаточно сказать, что для получения такой энергии надо было бы взорвать термоядерную бомбу с водородным зарядом, равным массе 15 тысяч солнц…

Не менее интересна галактика М-87 в созвездии Девы. Из ядра этой галактики была выброшена целая цепочка громадных сгустков вещества. Энергия этих выбросов была столь велика, что часть сгустков, преодолев притяжения многих миллиардов звезд, вышла за пределы галактики.

Несколько лет назад с помощью радиоастрономических наблюдений было обнаружено, что из ядра нашей собственной Галактики происходит непрерывное истечение водорода. Каждый год ядро выбрасывает массу газа, равную полутора солнечным массам. Но так как Галактика, по самым скромным оценкам, существует не менее 10 миллиардов лет, то за это время из ядра, видимо, была выброшена масса, равная массе 15 миллиардов солнц!

В ядрах некоторых галактик происходят и другие более специфические, но оттого не менее удивительные явления. И все они, как упомянутые, так и неупомянутые, до сих пор не нашли достаточно удовлетворительного объяснения в рамках современных физических теорий.

В 1928 году известный английский астрофизик Джеймс Джинс высказывал мнение о том, что центры галактик могут быть «особыми точками, в которых вещество вливается в нашу вселенную из каких-то других, совершенно неизвестных пространственных измерений, проявляющих себя в нашей вселенной как точки, в которых непрерывно образуется вещество».

Еще в 1958 году академик Амбарцумян высказал мысль о том, что в состав ядер галактик входят сгустки дозвездной материи, обладающие огромным запасом энергии. Их распад и есть причина активности ядер и тех выбросов вещества, которые приводят к образованию звездных скоплений и новых галактик.

Таким образом, рисуется довольно стройная картина, объясняющая с единой точки зрения целый ряд необычных явлений, происходящих в глубинах вселенной.

Но стройность гипотезы — еще не залог истины, и сторонники классических представлений каждый аргумент парируют сейчас контраргументом.

Возражения

Самое главное и общее возражение состоит в том, что никто никогда не наблюдал ни самих сгустков дозвездной материи, ни того, как из них образуются звезды или другие космические объекты.

Есть возражения и более конкретные. Действительно ли звездные ассоциации неустойчивы? За последние годы у многих звездных ассоциаций, помимо основных, наиболее ярких звезд, были обнаружены своеобразные «короны», состоящие из довольно большого числа слабых звездочек. И хотя эти звездочки дают не так уж много света, их вклад в общую массу ассоциации является весьма существенным. Настолько существенным, что это меняет всю картину: поле тяготения ассоциации оказывается достаточно мощным, чтобы удержать ее от распада...

Более того, есть указания на то, что наряду с ассоциациями, состоящими из молодых звезд, существуют и ассоциации, содержащие старые звезды. Если это так — значит, ассоциации могут существовать, не распадаясь, сотни миллионов лет!

А как быть с теми ассоциациями, расширение которых все же зарегистрировано астрономическими наблюдениями? Очень просто: наблюдения эти требуют большого искусства, и точность их небезупречна. А потому неизвестно, то ли ассоциации действительно расширяются, то ли подводят приборы и это расширение — кажущееся.

Имеют ли эти сомнения реальную почву? Да. В свое время член-корреспондент АН СССР П. П. Паренаго обнаружил неустойчивость группы звезд в созвездии Орион (так называемая Трапеция Ориона). Неустойчивость системы подобного типа является одним из важных аргументов сторонников гипотезы «взрыва». Однако в 1971 году группа сотрудников Государственного астрономического института имени Штернберга показала, что, хотя расстояние между звездами Трапеции и увеличивается, так будет не всегда. Если учесть, что Трапеция Ориона не изолированная группа, что она погружена в скопление недавно открытых инфракрасных звезд, то получается, что звезды Трапеции не разбегаются, а лишь описывают вытянутые орбиты в пределах скопления, то удаляясь, то сближаясь друг с другом.

Нет никакой необходимости прибегать к помощи дозвездной материи и в объяснении вспышек красных карликов, ибо уже разработаны такие модели этого явления, которые показывают, что вспышки могут все-таки быть вызваны и термоядерной энергией. Нельзя считать доказанной и нестационарность скоплений галактик. Дело в том, что в состав подобных скоплений, помимо наблюдаемых нами объектов, могут входить и ненаблюдаемые: темные звезды, пыль, газ и так далее. В таких случаях общая масса скоплений может оказаться вполне достаточной для обеспечения устойчивости.

Трудней объяснить «с позиций классики» взрывчатую активность некоторых галактических ядер. Но ведь никем не доказано и то, что колоссальный поток энергии, выделяемой ими, обязательно связан с распадом дозвездной материи! Вовсе не исключено, что он имеет гравитационную или магнитную природу.

Вот так, пункт за пунктом, не доказано, не подтверждено, неубедительно...

Нельзя сбрасывать со счета и того факта, заявляют, наконец, сторонники классической точки зрения, что гипотеза образования звезд из газа и пыли лежит в основе теории звездной эволюции, выводы которой используются теперь во всех областях звездной астрономии и астрофизики.

«Если теория звездной эволюции неверна, — отмечает московский астроном Ю. Н. Ефремов, — рухнет вся система наших представлений о мироздании. Даже методы определения расстояний во вселенной окажутся под сомнением. Кроме того, не существует схемы эволюции звезд, образующихся из сверхплотной дозвездной материи, и если необходимо отказаться от классической концепции, астрономам грозит опасность остаться у разбитого корыта».

Опыт прошлого

Когда сталкиваются две достаточно стройные взаимоисключающие гипотезы, не так-то просто отдать предпочтение одной из них. В отдельности каждая представляется достаточно убедительной, непротиворечивой, даже единственно возможной. А вытекающие из нее опровержения противоборствующей точки зрения впечатляют. Но кто же все-таки прав?

Распространено мнение, что когда идет спор, то кто-то обязательно занимает ошибочную позицию. Действительность, однако, куда диалектичней. Бывает так, что все спорящие одинаково не правы... и одинаково правы! Свыше двухсот лет, к примеру, длился спор: свет — волна или частица? Теория Ньютона (свет — это поток частиц) вроде бы начисто исключала теорию Гюйгенса (свет — это волна). А в результате выяснилось, что и Ньютон прав, но и Гюйгенс тоже прав, потому что свет обладает как волновыми, так и корпускулярными свойствами. Истина, как видим, не всегда лежит в плоскости «или — или»...

Механически перенести этот накопленный наукой опыт на полемику, о которой идет речь, было бы, понятно, делом легкомысленным. Но «держать в уме» и такой вариант, право же, стоит. В дальнейшем мы попробуем показать, что он может оправдаться и в нынешней ситуации.

Как бы ни были убедительны все возражения против гипотезы «дозвездного вещества», ее сторонники почти на каждое такое возражение могут привести и приводят контрвозражение. Проследить тонкости этой полемики, возможно, было бы интересно, но, боюсь, мы тут рискуем чересчур углубиться в сложные дебри физики и астрофизики. Поэтому лучше зададимся другим вопросом.

В науке гипотезы не выдвигаются «просто так» — должна существовать некая неудовлетворенность существующей концепцией, некая объективная потребность в выдвижении новых идей. Существует ли такая общая неудовлетворенность в астрофизике, есть ли объективная потребность пересмотра устоявшихся представлений? Да, безусловно! И год от года она усиливается.

Классическая гипотеза тесно связана с представлениями о термоядерной природе звездной энергии. Гипотеза же «взрыва» ставит под сомнение универсальность термоядерного источника космических энергий.

Но она поставлена под сомнение и безотносительно к гипотезе «взрыва». Прежде всего речь идет о квазарах, удивительных объектах, которые, несмотря на свои небольшие, почти «звездные», размеры, излучают в сто раз больше энергии, чем самые гигантские галактики. И многие астрофизики, в том числе известный советский ученый академик Я. Б. Зельдович, считают, что термоядерные реакции не смогли бы поддержать огромную светимость квазаров. По их мнению, энергия квазаров — это гравитационная энергия, которая выделяется при сжатии, происходящем под действием собственного притяжения. При достаточно больших массах подобное сжатие может приобрести катастрофический характер и привести к так называемому гравитационному коллапсу.

Некоторые другие исследователи допускают возможность, что квазары черпают свою энергию в очень мощных магнитных полях. Во всяком случае, и те и другие не видят возможности объяснить явление с помощью термоядерных реакций.

А так как ядра многих так называемых радиогалактик по своим физическим свойствам очень близки к квазарам, то этот вывод, очевидно, распространяется и на эти объекты.

К очень любопытным допущениям приводит гипотеза так называемых «черных дыр» вселенной.

После того как в звездных недрах «выгорает» ядерное топливо, давление и температура в центральной части звезды падают, и она начинает сжиматься.

Если масса сжимающейся звезды превосходит солнечную в 3—4 и более раз, то согласно теории тяготения даже при огромной плотности спрессованного вещества, достигающей плотности атомного ядра, упругость прижатых друг к другу частиц не может остановить сжатия. Возникает удивительное явление — гравитационный коллапс.

Напряженность поля тяготения на поверхности коллапсирующего тела растет, и наконец наступает момент, когда с поверхности не может вырваться в пространство даже свет! Ничто, ни один сигнал не может покинуть тело, пространство вокруг него как бы «захлопывается», и для внешнего наблюдателя такое тело перестает существовать.

Подобные объекты получили в литературе название «черных дыр», или коллапсаров.

Астрономические расчеты показывают, что в нашей Галактике примерно тридцать процентов звезд обладает массами достаточно большими, чтобы их существование закончилось гравитационным коллапсом. Исходя из этого, можно приблизительно оценить число «черных дыр», уже имеющихся в Галактике. Оказывается, их не меньше миллиарда.

Такие ненаблюдаемые «черные дыры» способны заметно влиять на местную геометрию пространства и вносить определенную поправку в оценку массы той или иной звездной системы. Благодаря этим невидимкам нестабильное скопление звезд или галактик в действительности может оказаться стабильным, хотя, с другой стороны, «черные дыры» — это завершающая стадия эволюции космических тел, а нестационарные системы состоят из молодых образований.

Но в целом идея гравитационного коллапса и гипотеза распада сверхплотных тел кажутся на первый взгляд взаимоисключающими. Ведь в первом случае речь идет о переходе от разреженного состояния к сверхплотному, а во втором — о процессе прямо противоположном, который можно назвать антиколлапсом.

Но, может быть, в этом и заключена своеобразная диалектика? Может быть, антиколлапс связан с коллапсом столь же неразрывно, как испарение с конденсацией? Может быть, это просто части единого процесса? Во всяком случае, известный советский ученый профессор К. П. Станюкович развивает идею о том, что сколлапсированные образования, сгустки «мертвой материи» при определенных условиях способны «раскрываться» с выделением огромных количеств масс-энергий.

Вселенная не могла бы жить и развиваться без постоянного перехода одних форм материи в другие. Так, может быть, ученые, стоящие на «непримиримых» позициях, просто сосредоточивают внимание на разрозненных звеньях такого взаимопревращения?

«Разбить корыто...»

Можно было привести еще множество фактов, которые в силу своей необычности заставляют размышлять и служат подкреплением тех или иных позиций.

Но лучше коснуться одного деликатного вопроса: доказателен ли факт сам по себе?

Казалось бы, тут не может быть никаких сомнений. Факт, он и есть факт, его голосом говорит сама истина, и потому он судья любой гипотезы.

Однако связь факта с теорией далеко не столь прямолинейна. Вернемся к тому же спору о природе света. И сторонники Ньютона, и сторонники Гюйгенса опирались на факты, но эти факты, давая им часть истины, как ни парадоксально, мешали понять истину целиком. Кроме фактов, потребовалась теория, «дикая» в момент своего возникновения теория, которая правильно осветила факты. И тогда все стало на своп места.

Другой пример сложного взаимодействия теории и факта. Существует теория, что галактики разлетаются. Чем дальше от нас та или иная галактика, тем выше ее скорость. А законы физики гласят, что чем с большей скоростью удаляется от нас изучающее тело, тем сильней линии его спектра сдвинуты, в красную сторону.

Но вот были открыты квазары, чье «красное смещение» оказалось очень сильным. Значит, это далекие от нас, «окраинные» тела? Но тогда, оценивая их светимость, надо было признать, что в их «крошечных», с точки зрения космических масштабов, телах заключены фантастические запасы энергии.

Факт, однако, можно было истолковать иначе. Да, квазары обладают большими скоростями, но сами они находятся неподалеку от нас. В этом случае никаких фантастических энергий они не излучают, просто это особый тип массивных, быстро движущихся звезд.

Потребовался дополнительный, сложный анализ, чтобы факт «красного смешения» получил однозначное толкование: да, квазары действительно «окраинные» тела...

Короче говоря, коль скоро теория не есть «истина в последней инстанции», а лишь приближение к ней, то и факты, добытые и осмысленные с ее помощью, могут играть противоречивую роль. Вот почему нельзя, подводя итог спору, отделаться традиционной фразой, что фактов пока не хватает, но, как только будут добыты новые, все тотчас прояснится. Вот почему, какими бы убедительными фактами ни оперировали сторонники классической космогонии или сторонники гипотезы «взрыва», на основании одних только фактов при достигнутом уровне знаний нет возможности отдать тем или другим предпочтение. Авторитет тут тоже не судья, ибо еще Галилей справедливо отметил, что в науке мнение одного может оказаться ценней мнения тысяч.

О чем же тогда речь?

Прежде всего о том, действительно ли назрела необходимость разрабатывать в звездной космогонии принципиально новые идеи.

Сторонники классической концепции обычно ссылаются на принцип науки, который требует от ученого всячески стремиться тому, чтобы любое новое явление свести к уже известным теоретическим представлениям, пока их возможности не исчерпаны полностью.

Но, во-первых, как определить этот момент? А во-вторых, не лучше ли будет для развития науки, если новые научные идеи, возникающие в процессе познания природы, будут разрабатываться параллельно существующим представлениям? Возможно, некоторые из них окажутся тупиковыми, но это дела не меняет. Затраченные усилия окупятся сторицей, если среди десятка оригинальных идей окажется хотя бы одна плодотворная, которую удастся развить заблаговременно.

Таким образом, дискуссия, которая разгорелась в современной звездной космогонии, — это дискуссия не только о конкретных путях развития космических объектов, но прежде всего дискуссия о принципах подхода к изучению явлений, происходящих в глубинах вселенной.

В основе классических методов современной астрофизики лежит триада: «сжатие — конденсация — термоядерные реакции». И почти неограниченная уверенность в том, что на этих трех китах может быть построена математическая и физическая модель чуть ли не любого космического процесса.

Ну как не вспомнить несбывшиеся надежды классической физики на то, что вся сложность мира может быть объяснена с помощью основных законов механики?

А ведь мир-то бесконечно разнообразен, и в результате стремительного полета современной науки это великое разнообразие становится все более и более очевидным.

Не будем, однако, увлекаться историческими аналогиями, хотя и они иногда небесполезны.

Вспомним лучше аргумент сторонников классической космогонии: «Если необходимо отказаться от классической концепции, астрономам грозит опасность остаться у разбитого корыта».

Между прочим, геоцентрическая система Птолемея позволяла рассчитывать положения небесных светил гораздо точнее, чем на первых порах гелиоцентрическая система Коперника. Но, несмотря на это, победу одержало все-таки коперниканство по одной простой причине: оно вернее отражало реальный мир.

Так что «разбитое корыто» отнюдь не аргумент. А если и аргумент, то как раз противоположный: чтобы не остаться у разбитого корыта, надо заранее приобрести новое — заблаговременно развивать новые идеи.

И пусть будут новые наблюдения, жаркие споры, различные толкования фактов. Пусть еще острее и принципиальнее развертывается борьба двух противоположных направлений в современной звездной космогонии. Она нужна, необходима, ибо приближает нас к раскрытию одной из самых сокровенных тайн мироздания — тайны происхождения небесных тел.

В. Комаров

Рубрика: Без рубрики
Ключевые слова: Большой взрыв, космогония
Просмотров: 4246