Анатолий Томилин - Занимательно о космологии

Продолжать дальше эту грустную историю, приключившуюся с простыми хорошими людьми, у автора нет сил. Он уверен, что и читатель глубоко переживает события описанной драмы. Потому что нужно быть бездушным, чтобы увидеть в рассказанном лишь пять неожиданных результатов, к которым приводит общая теория относительности тела, приблизившиеся на критический гравитационный радиус к шварцшильдовской сфере.

Автор не может продолжать свой рассказ об отважных покорителях космоса еще и по той причине, что никакой сигнал из сферы Шварцшильда не в состоянии пробиться наружу к внешнему наблюдателю. Тем не менее любознательному и в меру сентиментальному читателю, безусловно, интересно, что ожидает наших героев дальше.

Пространство внутри сферы Шварцшильда также будет иметь две резко отличающиеся друг от друга области. Их можно назвать «внутренней областью прошлого» и «внутренней областью будущего». Из внешнего мира можно видеть события, происходящие во «внутренней области прошлого», и можно даже посылать сигналы во «внутреннюю область будущего», лишь бы не наоборот. Но никакие сигналы из «внутренней области будущего» не могут попасть в область вне сферы Шварцшильда. И провалившиеся туда герои будут чувствовать себя очень одиноко.

Они по-прежнему будут видеть внешнюю область, хотя и не смогут с ней общаться. Впрочем, это обстоятельство «провалившиеся» должны знать из теории, потому что это будет вовсе не очевидным. С точки зрения обитателей такого «внутреннего мира» сигналы, которые они станут рассылать во все стороны, распространяются вполне нормально. Вот только сам «мир» внутри сферы покажется чем-то вроде многослойной раздувающейся сферы, внешняя оболочка которой будет удаляться от наблюдателя со скоростью света, скрывая все, что находится за ней, за границей, которую специалисты называют «горизонтом событий». Понятно, что никакие сигналы внутренних обитателей никогда не дойдут до коллег и безутешных товарищей, оставшихся во внешнем мире. Потому что никакой сигнал не в состоянии догнать «горизонт событий», удаляющийся со скоростью света.

Конечно, все описанные выше парадоксальные следствия, вытекающие из общей теории относительности, скептически настроенного читателя могут заставить лишь пожать плечами. «Зачем, дескать, все эти головоломки? Мы живем в условиях слабого гравитационного поля, и столь сильное искривление пространства до образования горизонта событий может действительно занимать лишь воображение теоретиков».

Однако это не совсем так. Прежде всего с проникновением вглубь вселенной, как говорится, кто знает, с чем нам придется встретиться. Природа на выдумки щедра. Только за последние годы она подарила людям квазары — небесные объекты со светимостью, во сто крат превышающей светимость средней галактики, содержащей сотню миллиардов звезд. Что представляет собой пространство вблизи таких монстров звездного мира?

Открытие пульсаров оживило дискуссии по поводу нейтронных звезд — небесных тел, сложенных из тяжелых элементарных частиц и имеющих плотности около миллиона тонн на один кубический сантиметр.

Наконец, рассмотренные выводы оказываются чрезвычайно плодотворными при обсуждении космологических моделей. То есть при переходе к объекту нашей непосредственной заинтересованности. Итак, будем считать, что новый инструмент познания вселенной — ОТО — выкован, выверен в первом приближении. Пора его пустить в дело.

Мы помним с вами, уважаемый читатель, что задача космологии заключается в изучении строения вселенной в целом. Существовавшие в XIX веке представления базировались на классической теории Ньютона. Естественно, что, создав новую теорию пространства и тяготения, Эйнштейн должен был приняться за конструирование и новой модели мира…

Семнадцатый год! Год великих потрясений в жизни народов, в политике и в науке. В феврале в Берлине вышел десятый том журнала «Сообщения Прусской академии наук» с короткой статьей, подписанной именем Эйнштейна. Статья называлась «Вопросы космологии и общая теория относительности» и умещалась всего на десяти страницах. Но этого было достаточно для рождения современной науки о вселенной. Науки, не только имеющей свою теорию, но и претендующей на экспериментальное подтверждение своих выводов.

Вселенная Ньютона, атакованная парадоксами Ольберса и Зеелигера, стала к началу нашего столетия для физиков и астрономов расплывчатым и неконкретным понятием. Ее бесконечность в ньютоновском смысле приводила к фотометрическому и гравитационному парадоксам, противореча наблюдениям. Оба парадокса свидетельствовали о катастрофическом неблагополучии в классической физике. Ведь только подумать, ей противоречило само существование вселенной! Нельзя было оставаться и на позициях Гершеля, считая, что в пустом бесконечном пространстве имеется лишь одна звездная система с конечным и вполне определенным числом звезд. В этом случае небесные тела должны были притягиваться друг к другу и слипаться в один ком.

Ньютоновская вселенная, описываемая законами эвклидова пространства, наблюдаемой действительности не отвечала. Мир был другим. Не таким, каким представлял его себе XIX век. Заботливо собираемая «по кирпичику», постройка мироздания рухнула, как карточный домик, под напором вскрывшихся противоречий. Следовало срочно предпринять какие-то кардинальные меры, чтобы вернуть людям гармонию мироздания. Нужно было найти такую модель мира, которая, не противореча уже открытым и проверенным законам физики, не только противостояла бы парадоксам Ольберса и Зеелигера, но и могла предсказать новые результаты, которые поддавались опытной проверке на базе возросших технических возможностей астрономии и физики.

Читатель, надо полагать, помнит, что выход из тупика, созданного гравитационным и фотометрическим парадоксами и вторым началом термодинамики, искали многие. Автор уже упоминал об изящных математических решениях К. Шарлье, иерархические структуры которого были свободны от парадоксов. Астрофизик Эмден строил так называемые изотермические сферы, находящиеся в термодинамическом равновесии и противостоящие «тепловой смерти». В 1897 году задача исследования однородной стационарной модели была решена Л. Бьянки, который нашел девять различных типов однородных пространств. Все они являлись пространствами постоянной кривизны и, как пишут С. Шюкинг и О. Гекман, «обладали тем свойством, что любой наблюдатель в любом направлении видит одну и ту же картину мира».