Александр Гурштейн - Извечные тайны неба

Возможность расширения Вселенной, еще до открытия красного смещения в спектрах галактик, была предсказана теоретически как одно из следствий применения к решению космологических проблем общей теории относительности. Пионерские труды в этой области принадлежат талантливому советскому математику А. А. Фридману. Будучи широко известен как геофизик-метеоролог, специалист по прикладным вопросам динамики атмосферы, Александр Александрович Фридман много занимался также математическим анализом решений космологических уравнений Эйнштейна. Незадолго до смерти (он умер в 1925 году на 38 году жизни) А. А. Фридман получил серию решений уравнений Эйнштейна, из которых вытекало, что расширение может явиться одним из основных общих свойств Вселенной – важнейшим атрибутом ее эволюции. Работы А. А. Фридмана первое время не привлекли к себе должного внимания и были оценены по достоинству лишь в связи с открытием Э. Хабблом красного смещения и развитием современных представлений о первоначально горячей Вселенной и Большом Взрыве.

Теория Большого Взрыва утверждает, что возраст Вселенной достигает 15-20 млрд лет. Тот же возраст получается, кстати, и из многих других соображений. Тогда, 15-20 млрд лет назад, в течение одного мгновения вся материя Вселенной была сосредоточена в одной области. Не надо думать, что вокруг этой невообразимой «кипящей» массы, из которой предстояло возникнуть всем галактикам и звездам, было пустое пространство. Нет, пространство не существует вне материи, и все пространство Вселенной было тогда заключено в пределах той же первоначальной области.

Аналогией дальнейших событий может служить колоссальный взрыв.

Взрыв привел к расширению материи и пространства, сопровождающемуся охлаждением первоначально горячей Вселенной. В процессе охлаждения нейтроны, протоны и электроны объединялись в атомы, образовывали галактики и отдельные звезды.

На одном из ранних этапов эволюции после Большого Взрыва Вселенная прошла стадию «раздувания». На этой стадии в случайных неоднородностях первичного вещества было «запрограммировано» наблюдаемое нами теперь неравномерное пространственное распределение галактик.

Представим себе множество мыльных пузырей разных размеров, которые из-за тесноты прижаты друг к другу. И в воображении перенесем теперь эту картину в космическое пространство. Вследствие неоднородностей «комков» первичного вещества, галактики располагаются не как попало, а так, будто они избегают попадать внутрь «мыльных пузырей» и предпочитают кучно группироваться в областях, где пузыри соприкасаются друг с другом. Раздувание «пузырей» составляет часть общего расширения Вселенной, и мириады галактик, складываясь в прихотливые гирлянды, образуют в пространстве исполинскую ячеистую структуру, охватывающую всю наблюдаемую Вселенную.

Таким образом, история галактик и звезд рисуется как история поведения материи, образующей Вселенную. Наблюдаемое красное смещение, согласно теории Большого Взрыва, – это результат действительного разлетания галактик, продолжающегося с момента их возникновения.

Научные теории, как мы уже замечали, представляют ценность только в том случае, когда они позволяют сузить круг ведущихся поисков, предвосхитить, предсказать открытие новых явлений. На счету теории Большого Взрыва есть подобное предсказание. В качестве одного из следствий концепции первоначально горячей Вселенной был получен вывод, что в наследство от этой эпохи, если только она действительно имела место, должно повсеместно сохраниться во Вселенной остаточное, или как его называют, реликтовое излучение в радиодиапазоне.

Расчеты А. Г. Дорошкевича и И. Д. Новикова в 1964 г. показали, что реликтовое излучение в принципе регистрируемо, и, следовательно, вывод теории Большого Взрыва возможно проверить с помощью наблюдений. Гораздо позднее задним числом выяснилось, что ко времени указанного расчета реликтовое излучение уже было открыто в СССР и в Японии. В СССР это открытие было опубликовано аспирантом Пулковской обсерватории Т. А. Шмаоновым в 1957 г. Но беда заключалась в том, что наблюдатели и теоретики работали в отрыве друг от друга. Между ними не было обмена информацией. Наблюдатель не знал, как правильно истолковать свои странные результаты. Замечательная же статья теоретиков осталась незамеченной.

К середине шестидесятых годов радиоастрономы-экспериментаторы вознамерились построить специальную аппаратуру для обнаружения реликтового излучения. Но их опередили инженеры, выполнявшие исследования по борьбе с радиошумами при связи с искусственными спутниками Земли. В течение нескольких месяцев наблюдений они регистрировали очень слабый радиошум, уровень которого не менялся ни в зависимости от участка неба, в пределах которого они работали, ни от времени года. На протяжении 1966-1967 гг. это открытие – открытие реликтового радиоизлучения Вселенной – было независимо друг от друга подтверждено рядом исследователей в разных странах. Особенности этого явления, соответствующего общему тепловому излучению Вселенной с температурой около 2,7 К, совпали с предсказаниями теории Большого Взрыва.

Таким образом, теория Большого Взрыва не только объяснила большинство основных наблюдательных фактов, но и позволила предвидеть существование новых важных космологических эффектов. Открытие реликтового радиоизлучения стало очень веским аргументом в пользу концепции первоначально горячей, расширяющейся Вселенной. Вместе с тем, теория Большого Взрыва продолжает сталкиваться с трудностями. Главная из них состоит в исследовании первичного состояния Вселенной – сингулярности , того совершенно особого момента в ее развитии, после которого начался этап наблюдаемого ныне расширения.

Долгое время сомнения в истинности расширения Вселенной основывались именно на критике представлений о совершенно особой «начальной» точке в ее развитии. Кое-кому казалось, что такая концепция противоречит материалистическому миропониманию, откидывает нас назад к религиозным воззрениям о божественном начальном толчке, о «творении мира».

Эту мысль подхватили и деятели Ватикана. Выступая в 1951 г. в Ватиканской академии наук папа римский Пий XII говорил: «Итак, все указывает на то, что материальная Вселенная определенное время тому назад приобрела могучий начальный взлет, зарядилась невероятным обилием запасов энергии, благодаря которым она, развиваясь сначала быстро, затем все более замедленно, приобрела свое нынешнее состояние… Таким образом, творение во времени, а потому и творец, и, следовательно, бог!»

Однако философские трудности теории Большого Взрыва могут быть преодолены и без ссылки на творца-демиурга, целиком на материалистической основе. Разве мы приходим в замешательство от вопроса, что представлял собой ребенок за несколько лет до его рождения? Очевидно, что все составные «кирпичики» будущего человека были уже тогда налицо; в результате объединения их в единое целое произошел колоссальный качественный скачок, и неодухотворенная материя приняла формы нового мыслящего индивидуума. Но важно, что та же самая материя – только в иных формах – объективно существовала и до появления этого индивидуума.