Виктор Стенджер - Бог и Мультивселенная. Расширенное понятие космоса

Далее, если общая масса расширяющейся Вселенной остается постоянной, то плотность Вселенной должна уменьшаться со временем. Поскольку, по мнению авторов стационарной модели, средняя массовая плотность Вселенной должна оставаться постоянной, иначе Вселенная выглядела бы иначе, все время должна создаваться новая однородная материя. Скорость ее формирования, однако, должна быть очень мала, всего 10 -43г/см 3∙с.

Авторы понимали, что при этом нарушится закон сохранения энергии. Однако различные версии этой модели, предложенные в течение последующих лет, добавляли в нее поле с отрицательным давлением, обеспечивая тем самым соблюдение закона сохранения энергии. Ученые отметили, что это особое поле, по сути, равнозначно космологической постоянной. Положительная космологическая постоянная создает постоянное отрицательное давление расширяющегося газа, вследствие чего внутренняя энергия растет в полном соответствии с законом сохранения энергии. Энергия на создание новой массы берется из работы, совершаемой над системой ее собственным отрицательным давлением. Однако такая трактовка, похоже, не устроила сторонников стационарной модели {175} 175 Kragh Helge. Quasi-Steady-State and Related Cosmological Models: A Historical Review // http://arxiv.org/pdf/1201.3449vl.pdf (accessed May 5,2013). .

В любом случае вскоре появилось множество экспериментальных данных, подтверждающих, что Вселенная в разное время выглядит немного по-разному. В 1950-х годах радиоастроном Мартин Райл из Кембриджа и его исследовательская группа, проведя дебаты (Хойл работал по соседству), доказали, что плотность астрономических радиоисточников, находящихся на больших расстояниях, а следовательно, в прошлом, была выше, чем сейчас. После открытия квазаров и некоторых других форм активных галактик, о которых мы поговорим в этой главе чуть позже, стало ясно, что в далеком прошлом они также были намного плотнее.

В 1974 году Райл разделил Нобелевскую премию по физике с коллегой по Кембриджу Энтони Хьюишем, чья студентка Джоселин Белл открыла первый пульсар (подробности чуть позже). Это была первая Нобелевская премия, присужденная за достижения в астрономии. Но не последняя.

Тот факт, что Вселенная за миллиарды лет изменила свой облик, указывал на ошибочность идеального космологического принципа в определении Хойла. Однако вместо того, чтобы утверждать, что Вселенная должна выглядеть одинаково в любом месте и времени, можно ввести космологический принцип, который служит той же цели, что и предложенный Хойлом, то есть распространению принципа Коперника с пространства на время. Нам просто нужно, чтобы модели, создаваемые учеными для описания Вселенной, можно было применять везде и всегда. Спектральные линии и другие базовые физические свойства квазаров — наиболее удаленных объектов, которые мы к тому же наблюдаем в их глубоком прошлом, — ничем не отличаются от тех, что можно наблюдать в современных лабораториях, подтверждая тем самым такой вариант космологического принципа.

Идеи Хойла получили огромную поддержку, когда он и его коллеги смогли разработать успешную теорию формирования химических элементов в звездах, названную звездным нуклеосинтезом и опубликованную в 1957 году {176} 176 Burbidge E. Margaret, Burbidge G. R., Fowler William A. and Hoyle F. Synthesis of Elements in the Stars // Reviews of Modern Physics, 29,1957. — №4: P. 547–650. . Это пошатнуло позиции модели Большого взрыва, поскольку механизм первичного нуклеосинтеза не подтвердился.

В 1952 году физик Эдвин Солпитер обнаружил новый способ преодолеть область нестабильности между 5-м и 8-м нуклонами при формировании элементов тяжелее гелия. В открытой им так называемой тройной гелиевой реакции две альфа-частицы, то есть ядра гелия-4 (Не 4), сначала объединяются в ядро бериллия-8 (Be 8), состоящее из четырех протонов и четырех нейтронов {177} 177 Salpeter Е. Е. Nuclear Reactions in Stars without Hydrogen // Astrophysical Journal, 115,1952: 326–328. . Однако ядро бериллия нестабильно, что, как мы уже знаем, стало важным ограничением, не позволяющим первичному нуклеосинтезу продолжаться. Солпитер доказал, что при достаточно высокой температуре и плотности ядро Be 8может захватить еще одно ядро Не 4, успевая до распада образовать стабильное ядро углерода-12 (С 12). Вот как выглядит эта реакция:

Разумеется, углерод — ведущий элемент в возникновении жизни, какой мы ее знаем. Ядра других элементов, также необходимых для жизни, таких как кислород и кальций, тоже могут образовываться из Не 4, соединяясь с другими ядрами:

Теоретически такие процессы могли протекать во время Большого взрыва. Однако температура должна была упасть ниже 1 млрд. градусов, поскольку при более высокой температуре ядра распадаются вследствие фотоядерных реакций с той же скоростью, с которой образуются. При такой температуре плотность ранней Вселенной упала до 10 -4г/см 3, а этого слишком мало для процессов, описанных Солпитером.

В 1954 году Хойл доказал, что, когда звезда сжигает все свои запасы водорода и схлопывается под воздействием гравитации, ее ядро достигает температуры порядка 100 млн. градусов и плотности около 10 000 г/см 3, позволяя тройной гелиевой реакции произойти {178} 178 Hoyle Fred. On Nuclear Reactions Occurring in Very Hot Stars. I. The Synthesis of Elements from Carbon to Nickel // Astrophysical Journal Supplement, 1,1954: 121–146. .

Одно из серьезных возражений против модели Большого взрыва, которое высказывали Хойл, Бонди, Голд и другие сторонники стационарной модели Вселенной, носило, по выражению Хойла, эстетический характер. Любое объяснение внезапного появления Вселенной должно опираться на «неизвестные науке причины» {179} 179 Hoyle Fred. A New Model for the Expanding Universe // Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 108,1948: 372–382. . Под этим он имел в виду метафизику. Хойл был атеистом, не скрывающим своих убеждений, и даже в 1982 году продолжал нападать на ученых, придерживавшихся теории Большого взрыва, которых к тому моменту было уже большинство, незаслуженно приписывая им религиозные мотивы:

«Меня всегда удивляло то, что, хотя большинство ученых заявляют об отказе от религии, на деле она владеет их сознанием больше, чем сознанием представителей духовенства. Маниакальное неистовство, с которым коллективное сознательное современной науки вцепилось в космологию Большого взрыва, очевидно, следует из глубоко укоренившейся привязанности к первой главе Книги Бытия — религиозный фундаментализм чистой воды» {180} 180 Hoyle Fred. The Universe: Past and Present Reflections // Annual Reviews of Astronomy and Astrophysics, 20,1982:1–35. .

В автобиографии, написанной в 1994 году, он заявляет: «Космология Большого взрыва — это разновидность религиозного фундаментализма» {181} 181 Hoyle Fred. Home Is Where the Wind Blows: Chapters from a Cosmologist's Life. — Mill Valley, CA: University Science Books, 1994. — P. 413. .