Федор Константинов - Диалектика природы и естествознания

Причины расширения наблюдаемой части Вселенной не выяснены. Существует мнение, что раз в современной метагалактике отсутствуют значительные концентрации массы материи в каком-нибудь выделенном участке, то метагалактика в целом находится в настоящее время в состоянии инерционного расширения [95].

Исходя из этой концепции, а также опираясь на диалектический принцип развития в исследованиях проблем астрономии, можно теоретически выделить несколько последовательных стадий развития Вселенной: а) досингулярная Вселенная; б) сингулярная Вселенная; в) расширяющаяся или сжимающаяся Вселенная; г) коллапсирующая Вселенная.

Конкретное изучение определенных стадий в эволюции Вселенной ведется в релятивистской космологии, общей теории относительности, в различных вариантах и подходах ныне создающейся квантовой теории гравитации и квантовой космологии. Достаточно полный учет разнообразных астрофизических процессов, протекающих на всех стадиях развития Вселенной, возможен в так называемой квантово-релятивистской космологии, основные принципы и физико-математический аппарат которой создаются в настоящее время [96].

Выяснение прошлого Вселенной не на каком-то отрезке времени, а в целом составляет «вопрос вопросов» современной космологии и внегалактической астрономии [97]. Выявление эвристического значения важнейшего принципа диалектики — принципа развития позволяет в наиболее полном виде понять диалектику эволюции астрономических объектов. Разработка с помощью общей теории относительности концепции расширяющейся, эволюционирующей Вселенной Фридмана — Леметра еще раз показала действенность этого принципа.

Первой космологической моделью, которая возникла в рамках общей теории относительности, была стационарная модель Вселенной, разработанная в 1917 г. А. Эйнштейном. В этой модели метрика пространства-времени рассматривалась как не зависящая от времени, и теория не учитывала эволюцию материи. В 1922 г. советский физик А. Фридман предложил нестационарную модель, в которой метрика пространства-времени изменялась. Так возникла теория нестационарной вселенной, которая была подтверждена экспериментально американским астрономом Хабблом. В 1929 г. он открыл явление «красного смещения», которое означало, что скорость движения удаленных галактик прямо пропорциональна расстоянию до них. Согласно теории расширяющейся однородной модели, на первых этапах после «большого взрыва» в развитии Вселенной образовались атомы легких элементов (водород и гелий), затем — звезды и галактики с атомами более тяжелых элементов, планетные системы и, наконец, на некоторых из них создались условия для возникновения живых организмов. Число таких сверхплотных участков (особых точек) в эволюции Вселенной может быть бесконечно велико. В этом случае периоды ее расширения от некоторого сверхплотного вещества (протоатома) сменяются периодами сжатия («красное смещение» сменяется «фиолетовым») — так возникает пульсирующая модель Вселенной.

Что касается вопроса о том, конечна или бесконечна Вселенная, то в рамках теории А. А. Фридмана возможны два варианта его решения: а) открытая модель с отрицательной кривизной и б) закрытая модель с положительное кривизной. Причем выбор между открытой и закрытой моделью в рамках космологии в принципе можно сделать на основе учета средней плотности вещества и полей во Вселенной. Если средняя плотность окажется больше некоторой критической плотности Р кр, то реализуется закрытая (пульсирующая) модель Вселенной. При средней плотности материи меньше критической получается открытая модель Вселенной (расширяющаяся Вселенная). Существуют различные оценки средней плотности материи. По данным Оорта, она в 30 раз меньше критической, согласно данным Я. Б. Зельдовича с учетом нейтрино и квантов, средняя плотность Р ср= (0,2–0,1) Р кр, т. е. в 10–20 раз ниже критической. Однако эти данные также нельзя считать окончательными, поскольку горизонты астрономических наблюдений постоянно расширяются.

В последнее время А. Л. Зельманов разрабатывает теорию анизотропной (неоднородной) Вселенной [98]. В ней Вселенная рассматривается как имеющая абсолютное вращение. При подобном подходе модель Вселенной не имеет единого пространства-времени, и в разных точках этой системы темп времени различный. Не существует в подобной системе и единой одновременности. Впрочем, ее не существует и на Земле — как вращающейся системе, но неопределенность одновременности в земных условиях составляет всего одну пятимиллионную долю секунды, и ею можно пренебречь. В условиях же космологических масштабов эта неопределенность достигает многих лет.

Таким образом, классификацию основных современных космологических моделей Вселенной можно представить в следующем виде:

Модели Вселенной:

1) нестационарные 2) стационарные

1а) однородные 1б) неоднородные

1а1) открытые 1а2) закрытые

Стационарная модель Вселенной не может считаться адекватной космологической моделью. Таковыми могут быть лишь различные варианты нестационарных моделей, рассматривающие Вселенную как эволюционирующую. В этих моделях реализуется диалектический принцип развития.

С представлением об эволюции Вселенной тесно связан вопрос о происхождении и развитии галактик. Согласно общим космогоническим гипотезам — так называемой классической (небулярной) и неклассической (бюраканской), образование галактик возможно двумя различными путями: а) путем расширения, дезинтеграции и распада некоторого первоначального сверхплотного тела (некоего нестационарного астрономического объекта — протогалактики, обладающей собственной активностью); б) путем сжатия первоначально однородной и разреженной протогалактики. Первую концепцию разрабатывает В. А. Амбарцумян [99], вторую — Дж. Джине [100].

Согласно первой гипотезе, галактики образуются из сверхплотных тел неизвестной природы путем их расширения. Согласно второй гипотезе, вещество протогалактики (в общем случае — протовселенной, или протомета-галактики) вначале принимает участие в общем космологическом расширении Вселенной, но после достижения метагалактикой некоторого максимального расширения начинает сжиматься под действием гравитации. Физическая эволюция галактик, а также вопросы об эволюции галактик с химической и динамической точек зрения в настоящее время усиленно изучаются [101].

Классификацию галактик в разное время предлагали многие астрофизики. Так, согласно Э. Хабблу, галактики делятся на спиральные, эллиптические и неправильные (иррегулярные). В указанной последовательности представляется и путь эволюции галактик. Когда господствовала концепция «холодной» Вселенной, астрономы, исследуя строение галактик, часто ограничивались их классификацией на основе лишь внешних морфологических особенностей и почти не обращали внимания на строение центральных областей галактик. В настоящее время высказывается точка зрения о том, что фундаментальную роль в эволюции галактик играют их ядра. Эта концепция опирается на следующие данные: 1) отождествление одного из мощных радиоисточников Лебедь А со слабой галактикой, имеющей два ядра; 2) двойственную структуру и у радиоисточника Персей А; 3) голубые спутники у эллиптических галактик, связанные с их ядрами тонкими струями [102]; 4) истечение вещества из центра нашей Галактики; 5) открытие сейфертовских галактик, в ядрах которых обнаружены турбулентные движения газовых облаков с огромными скоростями.