Виктор Комаров - Тайны пространства и времени

Пока астрономия оставалась чисто оптической наукой и все наблюдения велись с помощью обычных телескопов, исследователям Вселенной были известны главным образом те космические объекты, которые светятся, излучают свет. Однако с развитием радиоастрономии, а затем и заатмосферной всеволновой астрономии выяснилось, что существует и невидимое вещество, излучающее в других диапазонах электромагнитных волн. Так, например, межзвездный нейтральный водород излучает радиоволны длиной 21 сантиметр, а холодная космическая пыль «дает о себе знать» инфракрасным излучением.

Впрочем, общая масса такого невидимого вещества значительно уступает массе звездных островов галактик и, следовательно, сколько-нибудь существенных поправок в величину средней плотности внести не может. Казалось, достигнута полная ясность.

Однако, согласно астрофизическим данным, реальная средняя плотность в нашей Вселенной близка к «критической». Возникает естественный вопрос: почему это так? Простое совпадение? Но всякое совпадение настораживает: простые совпадения обычно весьма маловероятны. И если мы все же с ними сталкиваемся, они требуют соответствующих объяснений. У совпадений, если они не случайны (что, повторяем, маловероятно), должны быть вполне определенные причины. К какой же категории относится совпадение фактической средней плотности с «критической»? И если ко второй, то в чем причина такого совпадения? Скорее всего, «истоки» этого явления прячутся в очень отдаленном прошлом, где-то в первобытном «ядерном тумане» самых ранних этапов эволюции Вселенной.

Итак, в результате развития теории горячей расширяющейся Вселенной возникло новое очередное «знание о незнании». Во-первых, появилась необходимость объяснить с позиций этой теории однородность и изотропию Вселенной, и во-вторых – ответить на вопрос, в чем причина совпадения реальной средней плотности вещества с «критической».

И еще: почему пространство, в которой мы живем, обладает тремя измерениями – не больше и не меньше? В самом деле – почему именно тремя? В настоящее время разрабатываются различные теории, согласно которым мы, в действительности, обитаем в пространстве со значительно большим числом измерений. Однако во всех направлениях, кроме трех взаимоперпендикулярных – X, Y и Z, наше пространство «свернуто», потому нам оно и представляется трехмерным и мы можем перемещаться в нем только в трех направлениях. Но вопрос в том, почему пространство «свернулось» именно таким, а не каким-либо иным образом, остается без ответа.

И, наконец, быть может, самый главный вопрос: что было до начала расширения, до начального, «нулевого» момента. Иными словами, из чего наша Вселенная образовалась?

Однако все попытки получить ответы на эти вопросы в рамках классического сценария горячей расширяющейся Вселенной к успеху не привели. Установить причинную связь между предполагаемым начальным состоянием Вселенной и ее современными свойствами никак не удавалось. Стало ясно, что требуется какой-то принципиально новый подход…

Значило ли это, что «сценарий» горячей расширяющейся Вселенной должен быть забракован? Что начинать поход за новым знанием надо с того, чтобы от этого «сценария» полностью отказаться?

Пути научного познания истины причудливы и замысловаты. Прежде всего потому, что причудлива сама природа, в том числе и связь между прошлым и будущим. Эволюция материи вовсе не обязательно должна происходить плавно и постепенно – в процессе развития любой системы могут совершаться неожиданные, поражающие воображение скачки. Не было ли такого «скачка» и в истории нашей Вселенной?

В последние годы ряд физиков-теоретиков занялся разработкой весьма необычной теории – цель ее как раз и состоит в том, чтобы выяснить физическую природу возможного «скачка», о котором идет речь. В основу этой теории было положено предположение о том, что Вселенная возникла в результате так называемой флюктуации физического вакуума…

Поскольку физический вакуум – та среда, которая фактически заполняет мировое пространство и с ней тесно связаны его фундаментальные физические свойства, нам придется прежде, чем продолжить рассказ о сценарии возникновения нашей Вселенной, посвятить знакомству с этой удивительной средой специальный раздел…

Выйдем на улицу в ясную безлунную ночь и посмотрим на небо. Мы увидим ослепительную россыпь звезд – они везде, куда бы мы ни направили наш взор. Это – звезды нашей Галактики. А за ее пределами на расстояниях в миллионы и миллиарды световых лет – другие галактики, другие звездные системы. Их сотни миллионов и каждая из них состоит из десятков и сотен миллиардов звезд. По современным данным, около 98% вещества Вселенной сосредоточено именно в звездах.

А между галактиками, между звездами – что там? Расстояния между соседними звездами или соседними галактиками во много раз превосходят собственные размеры этих объектов. Звезды и галактики – это лишь отдельные «точки» и «островки» в необъятном космосе.

Перечисление всего того, что заполняет межпланетное пространство, в том числе и пространство Солнечной системы, оказалось бы довольно длинным. Это и плазма – разреженный ионизованный газ, и пылевые частицы, и космические лучи, и метеоритное вещество.

Что касается газа, то в околосолнечном пространстве он главным образом состоит из солнечных частиц. Во время полных солнечных затмений можно видеть солнечную корону, серебристо-жемчужное сияние, окружающее наше светило, закрытое в этот момент непрозрачным лунным шаром. Но это нежно светящееся образование – лишь небольшая часть короны, непосредственно примыкающая к Солнцу. На самом деле корона непрерывно расширяется, и ее частицы уносятся во всех направлениях на сотни миллионов километров, образуя своеобразный «ветер». В районе Земли его скорость составляет около 400 километров в секунду. Этот поток солнечной плазмы так и называют: «солнечный ветер». И название это не просто эффектный литературный образ – солнечный ветер может в полном смысле слова надувать паруса и приводить в движение парусные космические аппараты. Конечно, особые паруса – космические, сделанные из специальной полимерной пленки, площадью в десятки квадратных километров.

Между прочим, такой космический парусник предполагалось запустить по направлению к знаменитой комете Галлея, которая в очередной раз приближалась к Солнцу в 1986 году. Однако ученые все же направили к этой небесной гостье космические аппараты обычного типа…

Таким образом, в сущности мы живем внутри солнечной короны и с полным правом можем считать себя обитателями солнечной атмосферы. Если солнечный ветер до поверхности Земли практически не доходит, не в силах преодолеть магнитного поля планеты и вынужден огибать ее по сторонам, то с межпланетной пылью мы соприкасаемся непосредственно. Ежегодно на поверхность Земли оседает ни много ни мало около миллиона тонн космических пылинок.