Иосиф Шкловский - Вселенная, жизнь, разум
Сейчас в общем ясно, что имеется непрерывная последовательность компактных объектов, идущая от ядер нормальных галактик, через ядра сейфертовских галактик, радиогалактик к квазарам, где действуют какие-то сходные, а скорее всего — одинаковые физические процессы, отличающиеся лишь масштабом энерговыделения. Кстати заметим, что, если отвлечься от красного смещения, спектры квазаров удивительно похожи на спектры сейфертовских ядер. И там, и тут мы имеем дело с быстрыми движениями облаков горячего газа. Однако в квазарах масса этого газа достигает миллионов солнечных масс, что в тысячи раз больше, чем у сейфертовских ядер. Имеются и другие общие черты. Как некоторые квазары, так и некоторые сейфертовские ядра характеризуются меняющимся со временем довольно мощным радиоизлучением. (Так же как и ядра галактик, далеко не все квазары активны, т. е. меняют свои свойства со временем.) Из характера изменений со временем на разных частотах радиодиапазона можно сделать вывод, что в обоих случаях наблюдаются выбрасывания облаков космических лучей, которые довольно быстро расширяются.
Итак, квазары — это что-то похожее (или даже тождественное) на «сверхмощные» галактические ядра. Хотя в настоящее время мы еще очень далеки от понимания их природы, кое-какие соображения по этому поводу можно уже высказать.
Прежде всего обращают на себя внимание крайне малые размеры области, где сосредоточена первопричина самого феномена ядра галактики. Так, например, у нашей Галактики размеры самого центрального источника радиоизлучения не превосходят нескольких тысячных парсека. Возможно, что эти размеры не превышают радиус орбиты Юпитера, т. е. 1014 см. Несомненно, что наблюдаемое радиоизлучение вызывается потоками электронов очень высоких энергий, движущихся в магнитном поле. Из наблюдаемой мощности этого излучения следует, что ежесекундно в этой малой области выделяется до 1040 эргов энергии в форме космических лучей. Это в миллион раз больше мощности солнечного излучения! Откуда же берется эта энергия, что это за могучий ускоритель там работает?
Нельзя исключить, что ядро нашей Галактики — это одна черная дыра с огромной массой, в миллионы раз превышающей массу Солнца, либо множество менее массивных черных дыр, движущихся в этой малой области. Заметим, кстати, что если в центре нашей Галактики находится одна черная дыра с массой в миллион солнечных масс, ее размеры будут больше радиуса Солнца лишь в 4 раза.
На гигантскую центральную черную дыру непрерывно натекает межзвездный газ. Совершенно так же, как в случае звездной черной дыры Лебедь X-1 (см. гл. 8) газ образует быстро вращающийся диск и постепенно падает в «дыру», выделяя при этом огромное количество энергии.
Черная дыра в центре нашей Галактики — сравнительно скромное образование. У других галактик и квазаров массы черных дыр могут быть в десятки тысяч раз больше.
Наблюдаемая активность галактических ядер связана с неравномерностью выпадания на соответствующие «черные дыры» окружающего газа.
Следует подчеркнуть, что пока еще «черно-дырная» теория галактических ядер является только гипотезой, правда, весьма правдоподобной. Будем надеяться, что скоро эта важнейшая проблема астрономии будет решена.
Многое, может быть, очень важное, остается пока загадочным и непонятным. Давно уже, например, удивляет тот факт, что квазары определенно избегают скоплений галактик, между тем как по крайней мере 90 % всех галактик сосредоточены в скоплениях. Имеются и другие проблемы, еще ждущие своего решения.
В заключение этой главы заметим, что для проблемы распространенности жизни во Вселенной феномен активных взрывающихся ядер представляет определенный интерес. Если такие взрывы достаточно мощны и происходят не так уже редко (скажем, раз в несколько десятков миллионов лет), вряд ли из-за высокого уровня жесткой радиации там где-нибудь может развиваться жизнь. С другой стороны, можно представить себе такую ситуацию, когда не катастрофически высокий уровень такой радиации является благоприятным фактором для возникновения и развития жизни. Для этого процесса взрывы ядер галактик могут иметь даже большее значение, чем вспышки близких сверхновых. Следует, однако, подчеркнуть, что мощность взрывов в нашей Галактике, по-видимому, всегда была незначительной и серьезного влияния на развитие жизни в ней они не оказали.
7. Большая Вселенная
Человеческое мышление не терпит ограничений. Несомненно, у читателей возник вопрос: откуда взялось то первоначальное достаточно разреженное газовое облако, из которого в дальнейшем образовались скопления галактик и галактики? Здесь мы сталкиваемся, пожалуй, с самой грандиозной проблемой современного естествознания. Речь идет о так называемой «космологической проблеме». Космология занимается исследованием структуры и развития всей наблюдаемой нами части Вселенной. Конечна или бесконечна Вселенная, какая у нее геометрия, в чем причина разбегания галактик, вызывающего наблюдаемое красное смещение, — вот вопросы, которыми занимается космология.
Эти вопросы связаны с общей проблемой эволюции Вселенной, в частности с ее наблюдаемым расширением. Если, как это считают в настоящее время, скорость «разлета» галактик увеличивается на 50 км/сек на каждый миллион парсек, то экстраполяция к прошлому приводит к удивительному результату: примерно 20 млрд. лет назад вся Вселенная была сосредоточена в очень маленькой области. Многие ученые считают, что в то время плотность Вселенной была около 1014–1015 г/см3, т. е. такая же, как и у атомного ядра. А еще раньше, когда возраст Вселенной исчислялся ничтожными долями секунды, ее плотность была значительно выше ядерной. Проще говоря. Вселенная тогда представляла собой одну гигантскую «частицу» сверхъядерной плотности. По каким-то причинам эта «частица» пришла в неустойчивое состояние и взорвалась. Последствия этого взрыва мы и наблюдаем сейчас как разлет системы галактик.
Возникает естественный вопрос: не означает ли (в предположении, что изложенная гипотеза справедлива), что около 20 млрд. лет назад было «начало света»? Отсюда один шаг до представления, что 20 млрд. лет назад был сотворен мир… Надо сказать, что церковники широко использовали и используют описанное одно из возможных следствий наблюдаемого разлета галактик для религиозной пропаганды. На этом примере видно, как церковь пытается использовать выводы современной науки, предварительно исказив и извратив их.
Следует, однако, иметь в виду, что если вывод о том, что 20 млрд. лет назад вся Вселенная представляла собой сверхплотную «ядерную» каплю, является правильным (а это, по-видимому, так), всякие рассуждения о «начале» и тем более «сотворении» мира являются ненаучными. Вообще само понятие «время» при таких огромных плотностях может потерять всякий наглядный смысл. Столь же бессмысленно говорить в таких условиях о каком-то «начале времени». Здесь должны были действовать законы квантовой теории тяготения — науки, которая пока еще не создана. Излишне подчеркивать, что в условиях такой Вселенной — сверхплотной «частицы» — никакая жизнь невозможна.
Нужно, однако, заметить следующее: нельзя заранее исключить, что наблюдаемая нами сейчас картина разлета галактик происходила с одинаковой скоростью и в сколь угодно далеком прошлом. Ведь можно считать, что в прошлом скорость разлета галактик была другой и, в частности, меньшей. Некоторые космологи полагали, что Вселенная не расширялась «от точки» с постоянной скоростью, а как бы пульсировала между конечными пределами ее средней плотности. Это означало бы, что в прошлом скорость разлета галактик была меньше, чем сейчас, а еще раньше система галактик, может быть даже сжималась, т. е. галактики приближались друг к другу с тем большей скоростью, чем большее расстояние их разделяло. И в будущем наблюдаемая нами сейчас эпоха красного смещения постепенно может смениться эпохой фиолетового смещения.
Необходимо, однако, заметить следующее. Если бы даже гипотеза «пульсирующей Вселенной» оказалась правильной, она не стала бы альтернативой гипотезе «сверхплотной частицы» как начального состояния Вселенной. Дело в том, что нельзя себе представить неограниченно большое число пульсаций между пределами средней плотности, которые ниже ядерной.
В самом деле, во Вселенной идет необратимый процесс — превращение водорода в гелий при термоядерных реакциях в недрах звезд. В наблюдаемой нами (довольно значительной) части Вселенной уже несколько десятков процентов атомов водорода превратилось в атомы гелия. На этот процесс могло уйти самое большее несколько десятков миллиардов лет. Если бы Вселенная в том примерно виде, в каком мы ее наблюдаем сейчас, существовала свыше сотни миллиардов лет, она была бы «почти гелиевая». Весь водород уже давно «выгорел» бы, светимости звезд, образующих галактики, были бы малы. Но этого заведомо нет. Другими словами, наблюдаемая нами Вселенная термодинамически достаточно молода. Так как пульсации Вселенной между не слишком большими пределами плотности не могут изменить темп эволюции звезд, можно сделать вывод, что если пульсации Вселенной в прошлом и имели место, число их можно пересчитать по пальцам одной руки…
