Джон Малоун - Нераскрытые тайны природы. Расширяющий кругозор экскурс в историю Вселенной с загадочными Большими Взрывами, частицами-волнами и запутанными явлениями, не нашедшими пока своего объяснения
На снимке, полученном 1 апреля 1995 г. с помощью космического телескопа «Хаббл», видны газообразные колонны в туманности М16 в созвездии Орла. Они представляют собой столбы охлажденного межзвездного водорода и пыли, которые служат «инкубаторами» новых звезд. В них содержатся глобулы, названные EGG (от «evaporating gaseous globules» — испаряющиеся газообразные шарики), которые точнее было бы назвать «зародышами», так как они содержат эмбрионы звезд, которые проявятся в процессе эрозии под действием ультрафиолетовых лучей, испускаемых массивными новообразованными звездами в данной области Вселенной. Из материалов NASA (Jeff Hester and Paul Scowen, Arizona State University).
Тем не менее, как и саму идею раздувания, теорию пузырей-доменов с энтузиазмом приняли большинство космологов, в том числе Стивен Хокинг, которого считают самым выдающимся из живущих физиков. Хотя теорию пузырей-доменов и невозможно проверить, она позволила решить проблему раздувания, которую также нельзя проверить и которая объяснила не только плоский характер Вселенной, но и другие проблемы теории Большого Взрыва, включая факт равномерного распределения вещества во Вселенной. Мгновенное раздувание сыграло роль своего рода космического миксера. Все это как нельзя лучше подходило для некоторых критиков типа Хелтона Арпа и Фреда Хойла, независимо от элегантности математического описания и хорошего согласия различных теорий. Но такие критики довольно одиноки. Хотя многие физики с трудом принимают некоторые аспекты теории Большого Взрыва и теории раздувания, они склонны подвергать сомнению лишь более мелкие вопросы, не покушаясь на теории в целом.
В настоящий момент концепция Большого Взрыва считается наилучшим объяснением возникновения нашей Вселенной. Особый акцент нужно сделать на слово нашей. Не следует забывать о других доменах, границы которых для нас навсегда останутся за пределами досягаемости. В своей книге «Таинственная мелодия» [3], вышедшей в 1995 г., французский физик Трин Ксуань Туань пишет: «Наша Вселенная — лишь крошечный пузырек, затерянный в пространстве другого пузыря — метавселенной, или супервселенной, размеры которой в триллионы триллионов раз больше. И эта метавселенная сама затеряна среди множества других метавселенных, причем все они образовались на протяжении эпохи раздувания из бесконечно малых по размерам областей пространства, совершенно не связанных друг с другом». Грандиозность такой проницательности завораживает и ошеломляет. Некоторых даже пугает. Другие считают, что она сходна с религиозной идеей, которая может тревожить или утешать — в зависимости от ваших убеждений. Некоторые интерпретаторы стараются подчеркивать, что Жорж Леметр, впервые выдвинувший представление, которое в конце концов вылилось в теорию Большого Взрыва, был прежде всего епископом католической церкви и лишь затем — физиком, тогда как Фред Хойл, поборник теории стационарной Вселенной, — атеист. В этом, возможно, не так уже много смысла: в одной из своих работ сторонник Большого Взрыва Стивен Хокинг сказал, что «не видит необходимости в привлечении Бога».
Постоянно совершенствуемые мощные телескопы и компьютеры позволяют нам наблюдать или моделировать все более далекие области нашей Вселенной. В то же время квантовые эксперименты дают возможность все глубже проникнуть в причудливый мир субатомных частиц. И, по-видимому, неизбежно, что некоторые новые сведения свидетельствуют в пользу теории Большого Взрыва, тогда как другие открытия не согласуются с ней и вынуждают преодолевать новые препятствия. И июне 2000 г. на первой полосе газеты «New York Times» был помещен рассказ об австралийском телескопе-роботе, который позволил получить первую крупномасштабную карту скоплений галактик, образующих нечто вроде космических континентов. Хотя эти континенты и оказались колоссальными, их размеры не превысили предсказанных теорией Большого Взрыва. Газетный заголовок гласил: «Телескоп-робот подтверждает предположение о рождении Вселенной». Однако ранее эта газета не раз помещала на своих страницах заголовки, касающиеся открытий, в которых оспаривались другие положения теории Большого Взрыва. Некоторые оптимисты, в том числе Стивен Хокинг, считают, что мы близки к пониманию Вселенной в целом и что Теория Великого Объединения не за горами. Но даже среди сторонников Большого Взрыва много тех, кто полагает, что мы только начинаем постигать, как устроена Вселенная, и что, скорее всего, нам никогда не удастся раскрыть до конца ее тайны.
Пока Большой Взрыв — общепринятая теория. Но еще не истина в последней инстанции.
Литература для дальнейшего чтения[3]1. Ferris, Timothy. The Whole Shebang. New York: Simon & Schuster, 1997. Феррис — широко признанный читателями популяризатор науки, и эта книга — его очередное достижение. Она несколько труднее, чем его более ранняя работа «Coming of Age in the Milky Way», но ее читают с удовольствием. Имея подзаголовок «Отчет о состоянии Вселенной», она охватывает множество космологических идей, но дает особенно объективное описание противоречивых сторон теории Большого Взрыва.
2. Boslough, John. Masters of Time. Reading, MA: Addison-Wesley, 1992. Хотя новые открытия привели к некоторому изменению общей картины со времени выхода этой книги в свет, она содержит наиболее доступную критику теории Большого Взрыва, подробно описывая критические моменты, с которыми теория встретилась в 1980-е годы, а также сводит воедино сомнения многих авторитетных ученых, часто вкратце приводимые в разных изданиях и не получившие отражения в широкой печати. Будучи известным научным обозревателем, Бослоу подчеркивает, что по-прежнему справедливы слова Дж. Б. С. Хэлдена, сказанные много лет назад: «Вселенная — не только более странная, чем мы предполагаем, но даже еще более странная, чем мы можем предполагать». Как и в книге Ферриса, здесь приведен очень полезный словарь терминов.
3. Thuan, Trinh Xuan. The Secret Melody. New York: Oxford University Press, 1995. Впервые опубликованная во Франции, книга стала бестселлером (автор преподавал также в американских университетах). Прекрасно написана астрономом, сторонником теории Большого Взрыва и концепции раздувания. Хорошо иллюстрирована схемами, содержит словарь терминов и несколько приложений, в которых дается более глубокое математическое изложение.
4. Mitchell, William С. The Cult of the Big Bang: Was There a Bang? Carson City, NV: Cosmic Sense Books, 1995. Это несколько странная, но увлекательная книга. Изданная инженером-электриком, принимавшим участие в работе над рядом проектов NASA, она представляет собой атаку на теорию Большого Взрыва. Хотя Митчел не является автором, который был бы безоговорочно признан большинством физиков, эта книга не осталась незамеченной. Она получила одобрение нескольких космологов, которые также сомневаются в теории Большого Взрыва, включая X. Арпа из Института им. Макса Планка, чьи возражения против этой теории обсуждаются во всех перечисленных здесь книгах.
5*.[4] Зигуненко С. Загадки Вселенной. — М.: Астрель, ACT, 2000. Рассказывается об образовании нашей Вселенной, о том, как рождаются и умирают звезды, из чего состоит Солнце.
6. Сурдин В. Г. Рождение звезд. — М.: УРСС, 2001. Кратко описана история взглядов на происхождение звезд. Рассказано о составе и динамике межзвездной среды, о глобулах и гигантских молекулярных облаках, в которых формируются звезды.
7*. Хокинг С. Черные дыры и молодые вселенные. — Санкт-Петербург: Амфора, 2001. В книге излагаются размышления автора о философии науки, о происхождении Вселенной и ее дальнейшей судьбе.
8*. Вайнберг С. Первые три минуты. — М.: Энергоиздат, 1981.
9*. Хойл Ф. Галактики, ядра и квазары. — М.: Мир, 1968.
Глава 2.
Как возникла жизнь на Земле?
В космической иерархии Земля и звезда, вокруг которой она обращается, можно сказать, еще не вышли из младенческого возраста. Наша планета сформировалась из вещества, оставшегося после рождения Солнца 4,6 млрд. лет назад, тогда как возраст Вселенной как целого считается равным 11—16 млрд. лет. Как и при образовании всех планет, начальная стадия существования Земли была настолько бурной, что ее почти невозможно себе представить. И даже после того как земной шар приобрел свою форму, его поверхность еще в течение 600 млн. лет оставалась расплавленной, перегрев был обусловлен теплом, поступающим изнутри, из земного ядра, и бомбардировкой астероидами снаружи, что поднимало температуру испаряющихся океанов вплоть до точки кипения. В этот период, который некоторые геологи называют Хэдским, на Земле воистину царил ад.
После того как непрерывная бомбардировка астероидами прекратилась, а оставшиеся астероиды оказались на определенных орбитах и уже практически не могли причинить вреда Земле, углерод, азот, водород и кислород в различных комбинациях «образовали аминокислоты и другой основной строительный материал живого вещества». Как это объясняет нобелевский лауреат Кристиан де Дюв в своей книге «Живительная пыль» [1], изданной в 1995 г., «осевшие под действием атмосферных осадков, комет и метеоритов продукты этих химических процессов постепенно образовали первые органические вещества на безжизненной поверхности нашей недавно сконденсировавшейся планеты». Эта богатая углеродом пленка подвергалась воздействию как процессов, происходивших в самой Земле, так и падающих на ее поверхность тел из космоса; действие ультрафиолетового излучения было во много раз сильнее, чем сейчас, так как в настоящее время нас защищает земная атмосфера. Все эти материалы в конце концов отлагались в морях, и, как писал в своей известной статье 1929 г. выдающийся ученый Дж. Б. Холдейн, «первичные океаны имели консистенцию горячего разбавленного бульона». Главным побочным продуктом этих процессов было нечто вязкое коричневатое, называемое «тянучим», «липким» и другими словами, пробуждающими воспоминания о детстве. Те, кто уже давно противится выводу Чарлза Дарвина о том, что люди — родственники шимпанзе и орангутанов, по сути ставят человека перед этим последним оскорблением — мы произошли из какой-то слизи!
