Владимир Воронцов - Происхождение Вселенной, Солнечной системы и Земли. Мир глазами современной науки

Разумеется, постулирование силы гравитационного отталкивания «на пустом месте» не могло не вызвать замечаний со стороны других учёных. Одним из первых, кто выступил с критикой эйнштейновской модели Вселенной, был российский физик и математик Александр Фридман 2(1888—1925). Он доказал, что первоначальное решение Эйнштейна не было ошибочным: Вселенная действительно должна пребывать в движении, т.е. либо расширяться, либо сжиматься. Что происходит в реальности, должны показать наблюдения. Фридман в качестве примера рассмотрел две модели Вселенной: расширяющуюся и чередующую периоды сжатия и расширения (пульсирующая Вселенная). Но самое интересное: какую бы модель мы ни принимали, из неё неизбежно вытекало, что когда-то Вселенная была сжатой до невообразимо высокой плотности. «Возможны случаи, когда Вселенная сжимается в точку (в ничто), затем снова из точки доводит свой радиус до некоторого значения…» – писал А. Фридман (Фридман, 1966).

Впрочем, все эти рассуждения о расширяющейся Вселенной воспринимались поначалу скептически. С их критикой выступил и сам Эйнштейн. Астрономы не соглашались считать подобные теории описанием реального мира до тех пор, пока они не будут подтверждены наблюдениями (Ксанфомалити, 2005; Левин, 2007).

Ещё в 1912 г. астроном В. Слайфер из Флагстафской обсерватории (Аризона, США), наблюдая спектры некоторых туманностей, обнаружил, что их оптические линии сильно смещены в красную сторону, т.е. в сторону длинных волн. Слайфер продолжал свои наблюдения много лет. Затем к нему присоединился астроном Эдвин Хаббл (1889—1953): в его распоряжении был самый большой тогда 2,5-метровый телескоп обсерватории «Маунт-Вилсон» (Калифорния, США). В 1929 г. Хаббл пришёл к выводу, что красное смещение обусловлено эффектом Доплера 3и является следствием взаимного удаления галактик.

Хаббл обнаружил, что чем дальше от нас находятся галактики, тем с большей скоростью они удаляются. Некоторые галактики удаляются от нас со скоростью 1 тыс. км/с, другие, находящиеся вдвое дальше, со скоростью 2 тыс. км/с и т. д.

Эта закономерность послужила основанием для формулировки ещё одного космологического закона, закона красного смещения , или закона Хаббла . Он гласит, что оптические линии в спектрах Галактик смещены в красную область, причём смещение тем больше, чем дальше находится Галактика 4. (Закон Хаббла указывает на то, что начиная с некоторого расстояния, называемого хаббловским , галактики удаляются со сверхсветовой скоростью. Исходя из величины постоянной Хаббла, это расстояние составляет 13,7 млрд световых лет) (Линевивер, 2005).

Данное открытие совершило настоящий переворот в космологии. Стало ясно, что Вселенная не статична, а движется в направлении расширения. А это, в свою очередь свидетельствовало в пользу того, что она имела начало и когда-то была сконцентрирована (сжата) в одной области, или точке, о чём говорили Фридман и Леметр. Но что за сила толкает Вселенную и заставляет галактики двигаться в пространстве? Самым простым решением этого вопроса было постулирование гигантского толчка, действие которого породило и привело в движение всю материю Вселенной, которую мы наблюдаем сегодня. Так на свет появилась знаменитая теория Большого взрыва . Суть её заключается в следующем: вначале всё вещество, из которого образовалась Вселенная, было сосредоточено в точечном объёме предельной плотности, в так называемом первобытном атоме 5. Такое состояние Вселенной называется сингулярностью . Стадия сингулярности была чрезвычайно короткой, после чего Вселенная начала быстро расширяться, – это и есть тот самый Большой взрыв 6, в результате которого стали образовываться первые известные нам атомы (водород, гелий, немного лития и бериллия). Атомы продолжали своё прямолинейное движение от центра Взрыва. В ходе этого движения стали образовываться сгущения в виде более плотных облаков газов, которые служили центрами гравитационного притяжения для других облаков. Так образовывались протогалактические облака , из которых впоследствии под действием той же гравитации начался процесс формирования звёзд и галактик. В скоплениях атомов протогалактических облаков рождались звёзды первого поколения. В них происходили реакции термоядерного синтеза, в ходе которых водород превращался в гелий. Самые крупные звёзды после истощения запасов водорода взрывались. При этом давление и температура в недрах звезды достигали колоссальных величин. Это создавало необходимые условия для синтеза тяжёлых элементов. Все тяжёлые элементы могли образоваться только во время таких взрывов. Взрыв звезды не только создавал тяжёлые элементы, но и рассеивал их в пространстве. Из новых скоплений атомов образовывались звёзды второго поколения, планеты и другие космические тела. Так в общих чертах выглядит стандартная теория Большого взрыва (Груздев, 2007; Ксанфомалити, 2005; Левин, 2007; Музыка, 2005).

В процессе её разработки у учёных возникли разногласия относительно того, каким было начальное состояние Вселенной: «горячим» или «холодным».

1.2.1 Модель «горячего» начала Вселенной (1946 г.). Американский физик (советского происхождения) Георгий Гамов (1904—1968) полагал, что «первобытный атом» состоял из сильно сжатых нейтронов, плотность которых достигала чудовищной величины: один кубический сантиметр первичного вещества весил миллиард тонн. В результате Взрыва этого «первоатома», по мнению Гамова, образовался своеобразный космологический котёл с температурой порядка 30000000000°К (через долю секунды после начала расширения), где и произошёл естественный синтез химических элементов. При такой температуре, по расчётам Гамова, нейтроны распадались и образовывались протоны, которые, в свою очередь, соединившись с нераспавшимися нейтронами, образовали ядра гелия. Из оставшихся протонов формировались атомы водорода. В итоге в Большом взрыве образовалось около 30% гелия и 70% водорода, – именно такой состав давал спектральный анализ большинства звёзд

1.2.2 Модель «холодного» начала Вселенной (1961 г.). Советский физик, академик Яков Зельдович (1914—1987), напротив, считал, что в начальной стадии Вселенная была холодной и состояла из протонов, электронов и нейтрино. Только в холодном состоянии и только в присутствии нейтрино протоны и электроны могли «слипнуться» в атомы водорода, который, как известно, преобладает в природе. Будь на месте нейтрино нейтроны, наш мир состоял бы в основном из гелия и других элементов, более тяжёлых, чем водород. Действительность, таким образом, поддерживала точку зрения Зельдовича. Зельдович смоделировал и первые этапы расширения Вселенной, во время которых массы водорода (настолько холодные, что он был жидким или даже твёрдым) могли распасться на отдельные гигантские капли или глыбы. Разлетаясь во все стороны и снова притягиваясь друг к другу, они постепенно сливались, образуя зародыши звёзд, а затем и сами звёзды.