Анатолий Томилин - Занимательно о космологии
«Рождение материи» происходит очень незаметно. В объеме, соответствующем знаменитому зданию СЭВ в Москве, должен родиться в год всего один атом вещества. И такой ничтожной, с нашей точки зрения, производительности вселенной вполне достаточно, чтобы поддержать плотность вещества в мире на одном уровне…
В том же году Фрэд Хойл, наверняка известный читателю и как астрофизик, и как автор популярных фантастических романов, выступил с аналогичной идеей, по-новому поворачивающей космологическую проблему. Хойл всегда выделялся смелостью и оригинальностью мышления. Научную деятельность его часто сравнивают с фейерверком — столько, смелых идей и неожиданных концепций он создал. Правда, это сравнение опасное: вспышки фейерверка быстро гаснут… А пока возвратимся на 23 года назад и внемлем Хойлу и его новой гипотезе.
Чтобы избавиться от грустной картины все время «разжижающегося» мира, Хойл также предложил модель «стационарного состояния расширяющейся вселенной». Он только несколько видоизменил уравнения Эйнштейна и вывел модель Бонди и Голда как следствие новых уравнений поля. Чтобы объяснить возникновение галактик, Хойл предположил, что в пространстве рождается водород, и даже ввел понятие некоего «творящего поля», отмахнувшись от того, что подобные процессы физикам неизвестны.
«…откуда берется материя? Ниоткуда! Материя довольствуется тем, что возникает в готовом виде…
В прежних теориях предполагали, что в некоторый данный момент возникло целиком все количество материи во вселенной и весь процесс творения представлялся как гигантский взрыв. Что касается меня, то я нахожу эту идею гораздо более странной, чем идею непрерывного творения», — писал Хойл в 1952 году.
И несмотря на столь явно субъективный характер гипотезы, она показалась, привлекательной и стройной многим астрономам. «Устранялось разногласие между возрастом Земли и вселенной — мир вечен»! Устранялось и такое неприятное явление, как взрыв-созидатель, который в силу своей уникальности не поддавался объяснению, «…мне претит сама мысль о том, что для объяснения наиболее общих черт нашего бытия необходимы „начальные условия“. Это значило бы, что вселенная — весьма убогая штука, способная лишь громыхать, как огромный завод, да и то после долгой наладки, подобно той старой автомашине, которую я водил в первые послевоенные годы. В космологических исследованиях я придерживаюсь точки зрения, что все важные черты вселенной уже содержатся в ее законах, а не привносятся извне».
В этих словах Ф. Хойла, сказанных в 1963 году, выражено достаточно четкое кредо. Запомните эту дату — 1963 год. Нам она еще понадобится. А пока, начиная с 1948 года, гипотеза Хойла обрастала сторонниками и все новыми и новыми подробностями. «Кто знает, может быть, где-то в неисследованных недрах галактик скрывается механизм, рождающий „нечто из ничего“», — думали сомневающиеся и осторожные, не решаясь открыто возражать напористым англичанам. А профессор Р. Литтлтон, член Лондонского королевского общества и Королевского астрономического общества, даже придумал впечатляющую аналогию этого процесса, спекулируя на том, что мы живем в четырехмерном мире. Аналогия, как обычно в таких случаях, основывается на понижении мерности пространства с целью повышения наглядности.
Итак, представьте себе ведро, наполненное водой. Поверхность воды — наш плоский мир, в котором лежит, распластавшись, уже знакомый нам представитель — плоскун или плоскатик. А теперь вообразим, что пошел дождь. Капли падают на поверхность нашего плоского мира, создавая у плоскатика впечатление «рождения вещества». Ведь понятие «дождь» из третьего измерения ему не доступно. Дождевые капли переполняют ведро и переливаются через край, аналогично эффекту галактик, уходящих за горизонт событий в нашем мире. Вот и получается — все на месте. И «рождение вещества», и «расширение Вселенной», и ее «стационарность».
Была, конечно, маленькая загвоздка и в этом объяснении. Почему же все-таки вселенная расширяется? На этот вопрос попытались подробно ответить совместно с Р. Литтлтон и Г. Бонди в 1959 году, выдвинув модель «Электрической вселенной». Оба специалиста высказались за то, что расширение вселенной можно объяснить электрическим отталкиванием. Для этого достаточно было предположить совершенно ничтожное неравенство положительного и отрицательного зарядов.
Литтлтон был даже уверен, что в лабораторных условиях проверить эту гипотезу окажется нетрудно. В 1961–1963 годах В. Хьюз с сотрудниками сумел доказать, что величина неравенства зарядов не наблюдается и при точности измерений на два порядка выше предсказанной (то есть ). После этого гипотеза электрического отталкивания потеряла в глазах исследователей всякую привлекательность; да и сами авторы как будто настроены к ней сейчас весьма скептически.
Что ж, время идет. Наука развивается. Постепенно стали возникать и некоторые теоретические неувязки. Например, математическим эквивалентом вселенной Бонди — Голда и Хойла является пустая математическая модель де Ситтера, о которой мы уже говорили. Для модели де Ситтера закон Хаббла — точный закон, для любых расстояний. Наблюдения же этого не подтверждают…
Хотя гипотеза стационарной вселенной и пользовалась популярностью, многие советские и зарубежные физики и астрономы отказывались ее принять. Однако такие вопросы не решаются голосованием и даже авторитетными теоретическими рассуждениями. Так, например, когда в сентябре 1952 года Вальтер Бааде выступил в Риме на конгрессе Международного астрономического союза с заявлением о необходимости пересмотреть шкалу внегалактических расстояний и увеличить возраст вселенной, то это уже само по себе снижало необходимость и злободневность гипотезы стационарной вселенной. Однако для открытой и безоговорочной критики время еще тогда не пришло. Прерогатива произнесения приговора над любой теорией принадлежит эксперименту.
Правда, нашелся в том же году один откровенный противник теории Бонди — Голда и Хойла… папа римский. Да, да, все тот же неугомонный Пий XII заявил с высоты апостольского престола, что теория стационарной вселенной не годится, ибо не соответствует божественному откровению. Согласно библии ведь мир «был сотворен»! В этом отношении «большой взрыв» папу устраивал куда больше. Но, кажется, возражения католического пастыря особенно никого не взволновали. Гораздо важнее было решить вопрос с экспериментом.
Мог ли помочь опыт подтвердить или отвергнуть справедливость стационарной космологии? Да, мог! В модели Хойла, Бонди и Голда средняя плотность вещества неизменна во времени. В расширяющихся же моделях в прошлом плотность должна была быть значительно выше, чем сейчас.
В модели стационарной вселенной мир, отделенный от настоящего времени миллиардами лет, ничем не отличался от современного. Релятивистская космология предусматривала определенную эволюцию вселенной во времени.
Какой же провести эксперимент? Измерить точно среднюю плотность вещества во вселенной — такую задачу решить сегодняшней науке не под силу. Сосчитать, как меняется количество галактик с увеличением расстояния, — дело тоже пока безнадежное, потому что очень уж трудно с достаточной точностью измерять расстояние до самых удаленных звездных островов. Если бы все галактики были одинаковы, а то ведь свойства их чрезвычайно различны. Различны и яркости, являющиеся одним из главных критериев расстояния.
И вот наступил 1963 год; год, когда, как пишет Дж. Гринстейн, «астрономы обнаружили, что пять небесных объектов, которые считались слабыми звездами нашей Галактики, хотя и несколько необычными, на самом деле являются, быть может, самыми удивительными и загадочными объектами, когда-либо наблюдавшимися человеком». В 1963 году были открыты квазары!
Конечно, сам факт этого открытия еще ни о чем не говорил, хотя именно эти удивительные объекты звездного мира погубили теорию стационарной вселенной. Как вы помните, все они обладают значительными красными смещениями. То есть этих «монстров звездного мира» мы видим сейчас такими, какими они, а следовательно, и вселенная, были 3, 5, 7 и даже 9 миллиардов лет назад. В пространственно-временной дали старой вселенной странных объектов множество. В непосредственной же близи к нам, ну хоть до миллиарда световых лет, их нет ни одного.
Итак, наблюдения последних лет: открытие квазаров и особенно «реликтового излучения» — окончательно доконали гипотезу стационарной вселенной Бонди и Голда. Существует мнение, что если бы «реликтовое излучение» было открыто на двадцать лет раньше, подобная гипотеза даже не возникла бы. На сегодняшнем уровне знания можно считать доказанной гипотезу о расширении, об эволюции вселенной во времени.
