Мы живем в огромном и тесном мире — мире, сплошь заполненном материей во всевозможных видах. Каждый школьник сейчас знает о существовании бесчисленных галактик, родных сестер нашего Млечного Пути, о магнитных и электромагнитных полях, о том, что в космической «пустыне» носится множество частиц разного происхождения.
Но еще полтора-два века назад Вселенная казалась людям очень маленькой и пустой. Меньше звезд было занесено в каталоги астрономов, и планет вокруг Солнца, как думали они, вращалось только шесть. А там — в черной бездне за недалекими границами мира, доступного слабеньким телескопам XVIII века, — начиналась таинственная неизвестность.
Колумбы метагалактики
Рано или поздно человек должен был проникнуть в неизвестное. Одним из первых колумбов звездных миров оказался учитель музыки из английского города Галифакса. Вильям Гершель смолоду увлекался астрономией, но денег на покупку телескопа у него не было. И тогда энтузиаст науки решил сделать телескоп сам. Гершель вместе с братом Александром изготовил такие телескопы, каких не было в лучших обсерваториях того времени. В одном из них — длиной 12 метров — могло поместиться несколько человек. Рассказывают, что потомки Гершеля даже встречали новый, 1840 год внутри этого телескопа, отмечая таким оригинальным способом память своего знаменитого деда.
Это были невиданные сооружения. И удивительные открытия, сделанные с их помощью, взволновали вскоре ученый мир.
Для начала Гершель обнаружил в солнечной системе седьмую планету — Уран.
Но самое любопытное было впереди. Оказалось, что большинство туманных светящихся облачков, разбросанных по небу в разных созвездиях и не меняющих своего положения, — не что иное, как самостоятельные звездные скопления, галактики, находящиеся на бесконечно далеких расстояниях от Солнца.
Еще ранее статистикой туманностей занимался француз Мессье, составивший в 1781 году первый в истории каталог этих небесных объектов. Любопытно, что Мессье интересовали вовсе не «иные миры», о существовании которых ученый не подозревал, а кометы. И свой каталог Мессье составил для того, чтобы астрономы плохо видимые слабые кометы не путали с внешне похожими на них, но непонятными образованиями.
Последовательно «промеряв» небо, Гершель дополнил каталог Мессье и в 1802 году подсчитал свой «улов» — две с половиной тысячи туманностей. Из них часть, как установил ученый, — это настоящие туманности из газа и пыли, находящиеся в пределах нашей Галактики, а другие — самостоятельные звездные миры. Кстати сказать, Гершель «открыл» и нашу собственную Галактику, доказав ее изолированность в пространстве.
В наше время «зарегистрировано» уже сто миллионов галактик. А всего в доступной телескопам области Вселенной, как полагают астрофизики, насчитывается около миллиарда «звездных островов».
Эту огромную космическую систему ученые назвали Метагалактикой.
И сейчас астрономия, вооруженная новыми данными, новой техникой исследований, решает вопрос об истории и тенденциях развития нашей Метагалактики.
Заглянуть во вчерашний день Метагалактики, проникнуть в прошлое на многие миллиарды лет... Возможно ли это? Как выяснить природу физических явлений, происходивших в нашей области Вселенной в отдаленные времена, если сейчас от них, казалось бы, «не осталось и следа»? Но в том-то и дело, что такой след остался. Это сама Метагалактика. Ведь сделать ее такой, какая она есть, мог только пройденный определенный «жизненный путь». Значит, сегодняшняя Метагалактика несет в себе черты прошлого.
Нельзя забывать при этом тот поразительный, в сущности, факт, что Вселенная разворачивается перед человеком не только в пространстве, но и во времени: ведь чем более далекие миры ловят «глаза» и «уши» телескопов, тем все глубже в прошлое Метагалактики проникает человек. Дело в том, что свет от других галактик идет к нам тысячи, миллионы, наконец, миллиарды лет. Значит, чем дальше от нас галактика, тем более «юной» видим мы ее. Недавно получены «радиосигналы» от галактики, отстоящей от нас на шесть миллиардов световых лет. Эти «сигналы» были пущены в эфир веществом галактики тогда, когда, вероятно, и Земли-то еще не было. Скоро, даже, возможно, очень скоро мы проникнем в глубь пространства и в глубь времени так далеко, что увидим, именно увидим, то, о чем сейчас ученые могут строить лишь гипотезы.
Галактики «краснеют»
Еще в 1917 году астрономы обнаружили любопытное явление — покраснение света далеких галактик, так называемое «красное смещение». Как хорошо известно физикам, это означает, что световые волны «удлиняются», следовательно, источник излучения удаляется от наблюдателя. Видимо, окружающие галактики «убегают» от нас, и притом с огромными скоростями — в сотни, тысячи и десятки тысяч километров в секунду.
Сначала этот факт казался невероятным. Чтобы объяснить его хоть сколько-нибудь удовлетворительно, была предложена остроумная гипотеза. Она утверждала, что «красное смещение» — результат своеобразного «старения» световых частиц — фотонов — за время их длительного путешествия по просторам Вселенной. Отдельные статьи в защиту этой точки зрения появляются еще и в наши дни, однако астрономические данные ее не подтверждают. К тому же «красное смещение» обнаружено не только в световых лучах, но и в диапазоне радиоволн.
Словом, ученым пришлось примириться с мыслью о том, что в той области Вселенной, где мы живем, галактики действительно «разбегаются». Мы являемся свидетелями одного из проявлений бесконечного разнообразия движения материи в бесконечной и вечной Вселенной.
«Сотворение мира»
Как и всякое другое еще не объясненное открытие, новое «чудо» — покраснение галактик — родило идеалистическую теорию «расширяющейся Вселенной» По этой теории вся Вселенная, как джинн из бутылки, вырвалась в какой-то момент из сравнительно небольшого первоначального объема и с тех пор все продолжает увеличиваться. Было даже подсчитано, что «сотворение мира» «случилось» около десяти миллиардов лет назад.
Нельзя не заметить, что сторонники мифа о «сотворении мира» весьма вольно обращаются с фактами — астрономические данные об одной ограниченной области мира они распространяют на всю Вселенную.
Вечный враг науки — церковь не замедлила воспользоваться неправильной методологией идеалистов. Папа Пий XII весьма заинтересовался успехами астрономии. В Ватикане была даже построена обсерватория, и папская «академия наук» — есть, оказывается, такая академия — принялась активно трудиться над новыми «доказательствами» устарелых библейских «гипотез» о происхождении мира.
Эпигоны идеализма XX века унаследовали от науки прошлого не лучшие, а самые слабые ее стороны. Не прозрение гениальной мысли, которое должно казаться удивительным, если сравнить его с теми ничтожными средствами познания, которыми владела тогда наука. И не бесконечное стремление к истине. Они унаследовали ограниченность, если и простительную, скажем, для времени, когда только что познали силу пара, то постыдную для ученого века атомной энергии...
Атом и космос
Век атома. Самый вещественный и весомый результат познания человеком внутриатомных законов — атомная энергия. Но это в то же время лишь самый внешний результат. Сейчас даже ученым трудно осознать глубину революции, которая последовала едва ли не в каждой отрасли естественных наук, когда исследователи получили в руки это новое орудие познания.
Такая революция совершилась и в космологии. Успехи теоретической и атомной физики, познание законов микромира помогают астрономам постичь природу макромира.
Так сливаются воедино науки о совершенно несоизмеримых, казалось бы, вещах: о самых больших телах, известных человеку, и самых мельчайших.
Воочию проявляется великий закон диалектики о единстве мира в его разнообразии.
Как же объясняют прошлое Метагалактики материалисты, вооруженные достижениями физики XX века?
Из самого факта расширения Метагалактики следует, что в отдаленном прошлом, когда еще не было входящих в нее звезд и галактик, плотность вещества в нашей области пространства была весьма велика. А что оно собою представляло?
Предположений о том, какова была эта «первоначальная» материя высказано немало.
Сверхплотное вещество, как утверждает теоретическая физика, — это вещество, которое может состоять из ядер атомов, с сорванными с них электронными оболочками, или даже из элементарных частиц, входящих в атомное ядро.
Например, нейтрон — элементарная частица с массой протона, но не имеющая заряда. Чайная ложка, наполненная веществом, состоящим целиком из этих элементарных частиц, весила бы ни много, ни мало... 210 миллионов тонн. Подходящий строительный материал для «предка» Метагалактики!
При сжатии звезд любое вещество, как только оно достигает определенной плотности, должно неизбежно превратиться в вещество из одних лишь нейтронов, утверждают физики-теоретики.
Обычно нейтроны неустойчивы. Свободный нейтрон может существовать не более четверти часа. В течение этого времени он, выделяя электрон и нейтрино, превращается в протон, то есть в ядро атома водорода. Однако ученые установили, что в веществе, сжатом гигантскими силами, нейтроны, оказывается, могут жить долго. Что, если начальный, сверхплотный, «зародыш» нашей Метагалактики и состоял из подобных, как их называют физики, «холодных нейтронов»?
Оказалось, однако, что это не так. Дело в том, что «в молодости» — перед тем как родились звезды — Метагалактика состояла в основном из водорода. Исследователи подсчитали, сколько его могло получиться, если бы «водородному» периоду предшествовал «нейтронный», другими словами — если бы ядра атомов водорода возникли из распадающихся нейтронов. Оказалось, намного меньше, чем было в действительности. Нет, не холодные нейтроны «сотворили» наш мир.
Американский физик Гамов выдвинул гипотезу, по которой «начальное» вещество имело сверхвысокую температуру и было смесью нейтронов и фотонов. Внешне эта «горячая» теория выглядела весьма эффектно. Все теперешние химические элементы возникли, по утверждению ее автора, в самом начале расширения Метагалактики всего лишь за... пятнадцать минут.
Однако и здесь есть свое «но». Гипотеза Гамова могла объяснить процесс происхождения далеко не всех элементов. Бор, бериллий и основа жизни — углерод никак не «укладывались» в ее прокрустово ложе. Кроме того, радиоактивные элементы — уран, радий и т. д должны были бы уже давно распасться, если бы они родились в «дозвездное время».
Недавно советский академик Я. Зельдович выдвинул гипотезу, подкрепленную новейшими данными атомной физики. Он утверждает, что первоначальное вещество Метагалактики было холодной смесью равного количества трех видов частиц — протонов, электронов и нейтрино. При достаточно большой плотности состав из подобной «смеси», по утверждениям физиков-теоретиков, должен был оставаться стабильным. И когда настала пора образования звезд, водород оказался единственным материалом, из которого природа смогла «слепить» первые светила (ведь протоны — это и есть его ядра, из электронов же и нейтрино элементов не составишь). А другие химические элементы образовались позднее — в результате сложных процессов, протекавших в звездных недрах.
Невероятно, но, может быть, факт
Человеку непосвященному эта гипотеза может показаться и вовсе невероятной.
Судите сами, из расчетов советского профессора К. П. Станюковича вытекает, что наша Метагалактика, то есть миллиарды галактик, состоящие из десятков миллиардов звезд, образовалась в результате столкновения всего лишь двух (!) элементарных частиц, например, двух протонов, мчавшихся с огромной скоростью, близкой к скорости света.
Странно, не правда ли? Представьте себе: столкнулись два биллиардных шара. И вдруг в результате этой «встречи» образовались миллиарды шаров, гораздо больших по размерам, чем столкнувшиеся.
— Невозможно, — скажете вы и будете правы. Да, для наших «земных» представлений это невозможно.
Но когда речь идет о ядерных процессах, о явлениях космических масштабов, наши привычные представления часто оказываются несостоятельными.
Вот мчатся две элементарные частицы — электрон и позитрон. Столкновение. Короткая вспышка. И частицы... исчезли. Они превратились в порцию электромагнитного излучения — так называемый гамма-квант или фотон. А вот обратная картина: фотон образовал пару вещественных частиц.
Еще одна необычная, с нашей точки зрения, форма существования материи — поле тяготения, или, как его называют физики, гравитационное поле. Многие современные ученые считают, что это поле связано с особыми «частицами тяготения» — гравитонами. Как и фотоны, гравитоны, взаимодействуя друг с другом, могут образовывать частицы вещества.
Еще Альберт Эйнштейн установил, что масса частицы зависит от той скорости, с которой она движется. В принципе сверхбыстрая частица может иметь массу, намного превосходящую массу целой галактики и даже всей Метагалактики!
А теперь представьте себе, что столкнулись две сверхбыстрые частицы. При этом может выделиться огромное количество энергии, и в окружающем пространстве возникнут мириады новых частиц. Их окажется вполне достаточно для образования галактик.
— Но, — может спросить читатель, — почему же в таком случае галактики и метагалактики не образуются каждый день?
Все дело в вероятности. Ведь надо, чтобы столкнулись не какие-нибудь две частицы, а частицы, мчащиеся со скоростью, близкой к скорости света. Такие частицы сами по себе большая редкость. А случайное столкновение двух таких частиц — событие и вовсе чрезвычайное, но все же в принципе возможное.
Оригинальная гипотеза профессора Станюковича, основанная на его теории, разрабатываемой уже десять лет, тем более интересна, что если принять ее за основу, то получают логическое объяснение многие факты, которые до сих пор оставались неясными.
Безусловно, предположения Станюковича еще не доказаны. Но, несомненно, важен тот факт, что они могли возникнуть лишь сейчас, на современном этапе знаний, когда перед человеком приоткрылась завеса самых основ знаний о веществе, из которого состоит космос, о формах существования материи, о которых ранее не подозревали.
Будущее в образе коэффициента К
Нам осталось рассказать, как представляет космогония будущее Метагалактики.
Астрономия не может обойтись без математики. Сложные системы уравнений не только описывают картину явления, но и рассказывают о нем многое такое, что не могут показать прямые наблюдения. Именно математические выкладки «сдергивают завесу» с прошлого и помогают заглянуть в тайны будущего.
Что же говорит математика о судьбе Метагалактики?
В математических формулах, описывающих картину ее расширения, важную роль играет некоторый постоянный коэффициент, который астрономы обозначили буквой К. Ученые установили, что если величина этого «магического» К будет положительной или равной нулю, то расширение Метагалактики продолжится неограниченно. При отрицательном же значении К расширение когда-то закончится, и Метагалактика начнет сжиматься.
Чтобы узнать, какое же будущее сулит «всемогущий» К окружающему нас миру, нужно определить численное значение коэффициента. Но для этого надо знать скорость расширения Метагалактики и среднюю плотность вещества в мировом пространстве. Скорость расширения установлена современными астрономическими наблюдениями с достаточной точностью. Что же касается средней плотности вещества, то ее значение до сих пор неизвестно — очень трудно учесть количество атомарного водорода, который находится в межгалактическом пространстве.
Таким образом, будущая судьба Метагалактики еще не «высчитана» математиками.
...У дверей клуба висит афиша: «Состоится лекция о происхождении Вселенной». Тому, кто составлял эту афишу, видимо, и в голову не пришло, что он пишет нечто абсурдное.
Ведь Вселенная никогда не произошла, она была всегда.
И в то же время ученые, высказывая свои космогонические гипотезы, часто употребляют это выражение «Происхождение Вселенной». Тут дело в терминах. Под словом «Вселенная» в данном случае понимают тот участок Вселенной, который доступен пока наблюдениям с маленькой планетки, вращающейся вокруг незаметной звезды в одной из «рядовых» галактик бесконечного мира.
Что там — дальше, «за горами, за долами» нашей Метагалактики, — мы еще не знаем. Не знаем мы и всех законов, которым подчиняется такая «единица» космического пространства, как Метагалактика. И все же многое мы уже знаем твердо. Твердо мы знаем то, что возникают и исчезают, претерпевают бесконечные превращения лишь части мира. Сам же он не имеет ни конца, ни начала, существует извечно.
В. Комаров
Рисунок А. Гусева и В. Немухина
