Анатолий Томилин - Занимательно о космологии
Вообще надо сказать, что многие специалисты в области космогонии настроены по отношению к космологии довольно решительным образом. Вот, например, что говорил Виктор Амазаспович Амбарцумян, основатель и глава широко известной во всем мире школы космогонии.
«…Некоторые теоретики, основываясь на законе Хаббла и на ряде других очень грубых и произвольных предположений, построили гипотетические модели вселенной, которые, по-видимому, отражают некоторые свойства реальной вселенной. Но характер этих моделей настолько зависит от сделанных упрощающих предложений, что эти модели следует считать очень далекими от реальности. Что касается меня лично, то я думаю, что на современном этапе этих теоретических работ даже не имеет смысла подробно сравнивать эти модели с наблюдениями».
Академик В. А. Амбарцумян не строит заранее теоретической модели, которая лишь затем подвергается эмпирической проверке. Его космогонические гипотезы, касающиеся вопросов возникновения звезд и звездных скоплений, галактик и их взаимодействия, возникают как обобщение результатов наблюдений.
Внегалактическая астрономия — главный эмпирический фундамент космологии — еще очень молода. А трудности, с которыми ей приходится сталкиваться, поистине фантастические. Многие результаты наблюдений лежат не только на пределе возможности уникальных приборов, но даже за этими пределами. Это обстоятельство допускает возможность различного толкования некоторых эмпирических данных. Читатель, наверное, помнит, что все наши рассуждения исходили из признания либо совершенного космологического принципа, либо его ограниченного варианта. Последний предполагает, что вселенная одинакова в разных точках и по разным направлениям. Совершенный же космологический принцип требует еще и того, чтобы так было всегда в разные моменты времени. Однако на любом этапе познания наука всегда имеет дело с некоторой ограниченной частью вселенной, так что выводы о ее однородности и изотропности всегда остаются предположительными.
Последнее время многие космологи стали отходить от космологического постулата, считая требования однородности и изотропности вселенной слишком жесткими, слишком сильно снижающими степень реальности такой модели. В свою очередь, отказ от космологического постулата требует сразу пересмотра некоторых важных выводов. Так, если согласиться с тем, что более близкое описание реальной пространственно-временной структуры вселенной дается ее анизотропной и неоднородной моделью, то зависимость конечности или бесконечности пространства от знака его кривизны становится неоднозначной. Впрочем, по поводу анизотропной и неоднородной вселенной среди специалистов споры только разгораются. Многие считают, что вселенная может быть неоднородна лишь «в малом»; в достаточно же больших объемах она однородна.
Наконец, следует вспомнить и о том, что данных внегалактической астрономии все еще недостаточно, чтобы определить среднюю плотность вещества во вселенной. А это значит, что не может быть решен вопрос и о кривизне пространства. Мы не можем пока на основании эмпирических данных решить вопрос о замкнутости или незамкнутости нашего мира.
Да, трудностей много. Но тем интереснее, тем перспективнее наука. Очень интересное сравнение привел академик Гинзбург: «Космология и физика элементарных частиц — это как бы два антипода. Вместе с тем, как говорят, противоположности сходятся. И действительно, у космологии и физики элементарных частиц есть одна и та же черта, определяющая их значение в науке. Именно в этих областях — соответственно, астрономии и физике — сейчас проходит граница между областью, освещенной знанием, пусть неполным, и кромешной тьмой неведомого».
Хорошо сказано, правда?..
Глава десятая
В ней читатель знакомится с гипотезами-конкурентами и наконец протягивает руки к вопросу, как возникла вселенная, после которого понимает, что может начинать читать книгу сначала
Весной 1958 года Нильс Бор, обсуждая вопросы единой теории элементарных частиц, выдвинутой Вернером Гейзенбергом и Вольфгангом Паули, неосторожно заметил: «Нет никакого сомнения, что перед нами безумная теория. Вопрос состоит в том, достаточно ли она безумна, чтобы быть правильной».
Нельзя сказать, чтобы мысль была совершенно оригинальной. Начнем разматывать ленту времени назад: Фридман, Эйнштейн, Лобачевский, Коперник… да это все авторы совершенно безумных идей. Ряд имен можно продолжить еще в глубь столетий до древнего принципа доказательства «от противного». Напрашивается вывод, не закономерно ли то обстоятельство, что в результате планомерного хода развития постепенного накопления информации наука оказывается перед необходимостью качественного скачка?.. Диалектика — вот поистине нержавеющее оружие!
В конце пятидесятых годов нашего века нужда в качественном скачке стала ощущаться в науке повсеместно. Не даром в том же 1958 году, только осенью, в октябре, на Первом Всесоюзном совещании по философским вопросам естествознания член-корреспондент Академии наук СССР Д. И. Блохинцев высказал ту же мысль, что и Бор: «Нужен серьезный фундаментальный шаг вперед, и здесь нужно, быть может, только одно слово. Идея должна быть какой-то совершенно „сумасшедшей“».
К сожалению, за последние годы цитата Нильса Бора приводилась столько раз в различного рода литературе, что критерий «безумия» (или «сумасшествия» в отечественной транскрипции) стал едва ли не основным при оценке некоторых идей, хотя бы на научно-популярном уровне. Между тем бывают идеи «безумные» и «безумные». Впрочем, автор испытывает сильное желание предоставить читателю проявить известную самостоятельность в оценке идей. Сам он, автор, только сообщает сведения.
Когда идея недостаточно безумна
В 1948 году в мире еще действовала «короткая» шкала внегалактических расстояний, определенная с помощью мировой постоянной Хаббла, равной 540 км/сек на мегапарсек.
В 1948 году возраст обозреваемой вселенной в связи с этим оценивался всего в 2 миллиарда лет. Между тем даже камни на поверхности Земли были значительно старше. Этот конфликт теории с практикой беспокоил специалистов. Профессор У. Боннор рассказывал, что «даже Эйнштейн, который никогда не переоценивал значение наблюдений, был обеспокоен этим противоречием».
В 1948 году результаты наблюдений настойчиво уверяли, что наша Галактика — самый большой звездный остров во всем наблюдаемом мире, а ее звезды дают сто очков вперед звездам чужих галактик по величине и яркости… Такой вывод сводил на нет совершенный космологический принцип, лежащий в основе релятивистской космологии.
Строго говоря, общая теория относительности позволяла, конечно, выйти из многих затруднений, если предположить реальность существования λ-члена и рассматривать модели мира наподобие модели Леметра. Но предубежденность самого Эйнштейна против космологической постоянной настолько сильно влияла на психологию исследователей, что можно сказать смело: да, в 1948 году не существовало ни единого мнения, ни единой убедительной модели вселенной; вернее, последних было слишком много. Несчастье каждой заключалось в том, что, во-первых, любая теория претендовала на единственность, отвергая все остальное. Во-вторых, каждая гипотеза несла с собой новые противоречия. И наконец, ни одна из них не была настолько солидна, чтобы суметь достойно конкурировать с нестационарной (релятивистской) космологией.
В таком интеллектуальном климате в 1948 году почти одновременно появились работы английских специалистов. Одна — подписанная именами Германа Бонди, самого молодого профессора математики королевского колледжа в Лондоне, и Томаса Голда — человека еще моложе годами и по этой причине находившегося пока в должности преподавателя Тринити-колледжа: знаменитого Тринити-колледжа! И вторая работа, подписанная именем английского астрофизика, тридцатитрехлетнего профессора Фрэда Хойла.
Обе работы исходили из постулирования совершенного космологического принципа.
Бонди и Голд построили феноменологическую теорию вселенной, удовлетворяющую совершенному космологическому принципу. При этом в модели англичан присутствовало красное смещение — вселенная расширялась, но не было сингулярности — «особого (сжатого) состояния», не было «big bang’a», не было смущающего всех «начала». Как это им удалось?..
Оба автора отбросили «скользкую» гипотезу первоначального сверхплотного состояния материи и созидающего взрыва и предположили, что «мир вечен». Вселенная существовала всегда и всегда расширялась. Особенностью гипотезы являлось предположение, что в пространстве непрерывно рождается вещество. Причем рождается столько, что этот процесс полностью компенсирует убыль из-за эффекта «расширения». Из вновь созданного материала образуются новые галактики, и средняя плотность вещества во вселенной не меняется.
