Виктор Комаров - Тайны пространства и времени

Стационарная космологическая модель Эйнштейна была чрезвычайно важным шагом на пути познания реальных свойств мироздания. Но шагом не последним. Во всяком случае, очень скоро выяснилось, что реальная Вселенная – нестационарна…

Летом 1922 года в берлинском физическом журнале появилась небольшая статья никому не известного Ленинградского математика Александра Александровича Фридмана. Статья называлась «О кривизне пространства» и была посвящена анализу уравнений общей теории относительности…

Александр Фридман не был физиком-теоретиком, его специальностью были математические методы изучения метеорологических процессов. Течение таких процессов зависит от множества причин, и поэтому системы уравнений, с помощью которых они описываются, чрезвычайно сложны. Занимаясь исследованием подобных систем, Фридман не только накопил огромный опыт анализа уравнений математической физики, но и развил в себе умение находить за лесом математических формул физическую сущность изучаемых явлений. Сочетание этих качеств и позволило ленинградскому математику совершить новый фундаментальный шаг в познании картины Вселенной.

Ему удалось обнаружить совершенно неожиданный факт, не замеченный Эйнштейном. Оказалось, что уравнения общей теории относительности, описывающие эволюцию Вселенной, имеют не только «статические», но и «нестатические» решения. Это означало, что Вселенная должна либо расширяться, либо сжиматься.

Это было сенсационное открытие, но сделал его никому не ведомый молодой исследователь, дерзнувший посягнуть на мнение признанных корифеев. В свое время в похожую ситуацию попал и сам Эйнштейн. Теперь же, став всемирно известным автором двух великих физических теорий, он, в свою очередь, недооценил результаты, полученные Фридманом.

Трудно сказать, проверял ли Эйнштейн выводы ленинградца с карандашом в руках. Скорее всего, бегло. Должно быть, великий физик положился на интуицию, а она подсказывала, что ничего подобного не может быть: ведь нестационарная Вселенная Фридмана противоречила его собственной стационарной модели. Но как бы там ни было, Эйнштейн, ознакомившись со статьей Фридмана, поместил в очередном номере физического журнала коротенькую заметку, в которой весьма категорично утверждал, что результаты Фридмана вызывают серьезные сомнения и скорее всего неверны.

Прочитав это, Фридман написал Эйнштейну письмо, в котором подробно изложил существо своей работы. На этот раз великий физик проверил все особенно тщательно и к своему удивлению пришел к заключению, что Фридман… абсолютно прав. Возможно, другой на его месте продолжал бы из принципа отстаивать свое первоначальное мнение или, в лучшем случае, просто промолчал. Но Эйнштейну были абсолютно чужды какие-либо амбиции, увы, нередко застилающие глаза даже весьма маститым ученым. Самой главной целью его жизни было познание реальной природы, и потому он никогда не упорствовал в своих ошибках. При этом не имело значения, что его ошибку заметил кто-то другой, для Эйнштейна было гораздо важнее, что ошибка исправлена и тем самым внесено что-то существенно новое в наши знания о мире.

И 13 мая 1923 года в редакцию физического журнала поступило письмо Эйнштейна, которое и было вскоре опубликовано под заголовком «Заметка о работе А. Фридмана о кривизне пространства». «В предыдущей заметке, – писал Эйнштейн, – я критиковал названную работу. Однако моя критика, как я убедился из письма Фридмана, основывалась на ошибках в вычислениях. Я считаю результаты Фридмана правильными…».

А спустя несколько лет американский астроном Слайфер обнаружил в излучении галактик так называемое красное смещение. Подобное явление, известное в физике под названием эффекта Доплера, наблюдается в тех случаях, когда расстояние между источником излучения и приемником непрерывно возрастает.

Еще через несколько лет другой американский астроном Хаббл выяснил, что чем дальше находится от нас та или иная галактика, тем быстрее она удаляется. Это означало, что все звездные острова взаимно удаляются друг от друга – мы живем в расширяющейся Вселенной.

Но как мы уже знаем, современное состояние нашей области мироздания должно хранить в себе следы своей предыстории. Поэтому проведем мысленный эксперимент. Да, именно мысленный. Дело в том, что исследовательская работа астрономов заметно отличается от работы физиков, химиков или биологов. И те, и другие, и третьи, как правило, имеют возможность изучать интересующие их объекты непосредственно. Наблюдать их поведение. Проводить эксперименты – то есть изменять по своему желанию их состояние: нагревать, сжимать, облучать и регистрировать последствия подобных воздействий. Исследователи Вселенной таких возможностей практически полностью лишены. Особенно в тех случаях, когда речь идет об изучении космических объектов, расположенных за пределами Солнечной системы. Остается экспериментировать либо теоретически, проигрывая различные варианты на компьютерах, либо мысленно, с помощью воображения… Займемся этим и мы.

Остановим разлетающиеся галактики и повернем их вспять. Тогда все процессы потекут в обратном порядке, и мы придем к поразительному заключению: пятнадцать – двадцать миллиардов лет назад не было ни звезд, ни галактик, ни планет, ни туманностей, а только необыкновенно плотная и необычайно горячая плазма – «зародыш» будущей Вселенной. Разбегание галактик – это тоже «тени минувшего».

Это открытие послужило толчком к созданию теории так называемой горячей расширяющейся Вселенной. Она была разработана главным образом усилиями русского физика Георга Гамова и католического ученого Жоржа Леметра. Согласно этой теории, Вселенная образовалась в результате Большого взрыва первоначального необычайно плотного компактного «сгустка» космического вещества (так называемой сингулярности). Эта теория долгое время считалась общепринятой, однако в дальнейшем обнаружился ряд обстоятельств, которые она объяснить не могла. В частности, при разработке конкретных сценариев и моделей расширяющейся Вселенной ученые столкнулись с целым рядом трудностей и загадочных противоречий. Возникло немало вопросов, требовавших ответа, – появилось новое «знание о незнании».

Предположения о прошлом не должны вступать в конфликт с настоящим, а между тем некоторые свойства современной Вселенной явно противоречили теоретическим предположениям о предшествующих фазах ее эволюции.

Так, например, согласно существующим представлениям, современная Вселенная однородна и изотропна. Иными словами, свойства ее достаточно больших областей приблизительно одинаковы и все пространственные направления физически равноправны. Универсальный характер космических систем является отправной точкой современной космологии. Звезды напоминают по своему строению наше Солнце, другие галактики – наш Млечный Путь. Удаленные небесные тела состоят из тех же атомов, из которых состоят тела на Земле. А физические процессы, протекающие в дальнем космосе, по-видимому, идентичны тем процессам, которые развертываются в ближнем космосе.