Опубликовано в журнале СловоWord, номер 73, 2012
ИСТОРИЯ И ФИЛОСОФИЯ
Юлий Шенкер
О «Большом Взрыве»
Звук и свет – волновые субстанции. Их главные характеристики – длина волны и частота колебаний. Если вы стоите на станции, к которой приближается гудящий локомотив, то высота звука, которую вы воспринимаете, возрастает, хотя частота звука гудка самого локомотива постоянна. Это происходит потому, что само приближение локомотива добавляет частоты к собственной частоте гудка локомотива, и вы слышите повышение звука.
Это объяснение приведено в Американской энциклопедии Кольерса (т. 6, с. 544, 1959 г.). Это же явление происходит и со световой волной, которая увеличивает свою, воспринимаемую наблюдателем длину волны и, соответственно, уменьшает частоту колебаний при удалении источника света от наблюдателя и ведет себя противоположным образом при его приближении. Описанное явление было открыто австрийским физиком и астрономом Кристианом Допплером в 1842 г. и получило название эффекта Допплера. Эффект Допплера позволяет измерять скорость движения источников излучений и находит широкое применение в астрофизике, спектроскопии, радио- и гидролокации и др.
Наш вселенский дом – это гигантское скопление звезд – примерно 3 х 1011 звезд. Они образуют Млечный путь или Галактику (от греч. galaktikos – млечный). Когда было обнаружено во вселенной множество таких гигантских звездных скоплений, их по аналогии стали называть галактиками. Вскоре были обнаружены и целые скопления галактик.
Изучением считавшихся ранее туманностями звездных скоплений занимался американский астроном Эдвин Хаббл. Он считается основателем «внегалактической астрономии», где слово «внегалактический» означает «находящийся за пределами нашей галактики». Хаббл доказал звездную природу внегалактических туманностей (галактик), оценил расстояния до многих из них, разработал основы их структурной классификации и, главное, установил закономерность разлета галактик. Выведенный им «закон Хаббла» выражает связь скорости космологического разбегания (разлета) скоплений галактик с расстоянием до них.
Хаббл изучал спектры излучений, света, приходящего от галактик. Оказалось, что с течением времени эти спектры смещаются в их красную часть, т.е. в сторону более длинных волн и меньших частот. Но согласно принципу Допплера это и означало удаление объекта наблюдения от наблюдателя! Неизбежно встали вопросы: когда началось разбегание галактик? Из какого места? Что представляла собой вселенная до начала разбегания? Так вот, это начальное состояние ученые и окрестили термином «Большой Взрыв» – это состояние расширяющейся вселенной перед началом расширения, когда плотность вселенной в бесконечное число раз превышала современную и вдруг взрывным образом стала расширяться. Полагают, что это произошло порядка 16 миллиардов лет назад. Со времени этого события плотность непременно понижается. Соответственно при удалении в прошлое плотность вселенной возрастает вплоть до момента, когда классические представления о пространстве и времени теряют силу. Соответствующее этому моменту состояние Вселенной ученые называют космологической сингулярностью. Этот момент, говорят они, можно принять за начало отсчета времени.
А как это понимать? Времени вообще не существовало?
Это не представимое для разума современного человека состояние (чего?) ученые предлагают нам считать неоспоримым фактом. Однако периодом Большого Взрыва условно называют интервал времени от 0 до нескольких сот секунд. То же касается и пространства – оно появилось одновременно (!) со временем. В самом начале этого периода вещество вселенной приобрело колоссальные относительные скорости (отсюда название). Наблюдаемыми ныне свидетельствами периода большого взрыва являются ныне реликтовое излучение (фоновое космическое излучение, спектр которого близок к спектру абсолютно черного тела с температурой около 3 градусов Кельвина), а также значения концентраций водорода, гелия и других легких элементов и распределение неоднородностей во вселенной.
Приводим одно из описаний периода (момента!) Большого Взрыва и содержания последующего времени (амер. «Atlas of the skies», стр. 226, 1990 г.):
1) Между 10-45 и 10-35 секунды после взрыва неизвестного происхождения силой образовано некое вздутие, котороe расширяется со скоростью, превышающей скорость света – рождается пространство. Меньше чем за мгновение возникает даль, пределы которой нельзя было бы увидеть в самые сильные телескопы.
2) Между 10-35 и 10-12 секунды упомянутая сила расщепляется на гравитацию, ядерные и электромагнитные силы, появляются элементарные частицы – электроны, кварки, нейтрино и др., и заполняют пространство при температуре 1007 К. Стали действовать законы Эйнштейна. Вселенная продолжает расширяться и становится холоднее.
3) 10-11 после Большого Взрыва. Температура падает до 1005К; электромагнетизм действует наряду с фундаментальными физическими силами, образуются более сложные ядерные частицы.
4) 10-6 сек. после взрыва. Кварки объединяются в группы по три, образуя протоны и нейтроны. Материя и антиматерия сталкиваются и аннигилируются, по неизвестной пока причине материя преобладает, образуя все сущее. Температура 109К.
5) 102 сек. после Большого Взрыва. Протоны и нейтроны формируют ядра водорода, гелия и лития. Температура падает так быстро, что более тяжелые ядра пока не возникают. С этого момента все события происходят намного медленнее.
6) 3 х 105 лет после Большого Взрыва. Температура вселенной 3 х 105 К и свет, который преодолевает большую плотность массы электронов, протонов и нейтронов, теперь стал распространяться. Электроны стали связываться ядрами атомов, и фотоны смогли посылать первые электромагнитные сигналы во вселенной. Пространство стало прозрачным для радиации, которую мы наблюдаем и сегодня.
7) (2-5) х 1012 лет после Большого Взрыва. В центрах гигантских газовых облаков засветились первые звезды, стали формироваться химические элементы больших размеров и звездные системы-галактики.
8) 1015 лет после Большого Взрыва – возникают солнечные системы.
9)Человек создает теорию Большого Взрыва.
Если по поводу происхождения вселенной ученые придерживаются, в общем, одной точки зрения, то в вопросе о возможном конце вселенной единства намного меньше. Рассматриваются главным образом две вероятности. Первая: импульс, заданный Большим Взрывом, достаточен для того, чтобы разбегание галактик не прекращалось никогда. Тогда звезды всех галактик кончат свои жизни как черные дыры или как твердые тоже черные образования, называемые черными карликами или нейтронными звездами.* И тогда через примерно триллион лет наша вселенная исчезнет навсегда.
Другая точка зрения состоит в том, что сила гравитаций между галактиками возобладает над импульсом разбегания, и тогда галактики начнут сходиться – в конечном счете, в одну точку – снова, и тогда через сотню триллионов лет – так посчитали сторонники этого варианта – может последовать следующий Большой Взрыв, с образованием новой вселенной.
Надо отметить, что в вопросе о справедливости теории Большого Взрыва полного единогласия никогда не было, и число несогласных, пожалуй, возрастает. Возражений есть немало. Например, одно из описаний Большого Взрыва («The Atlas of the Skies») начинается словами: «Неизвестная сила произвела…» и т.д.
Из элементарной физики известно, что сила есть «мера воздействия одного тела на другое». Следовательно, для справедливости приведенного заявления необходимо, по крайней мере, наличие таких двух тел и взаимодействия между ними. Однако теория Большого Взрыва предполагает, что вплоть до начала взрыва не существовало ни времени, ни пространства. Поэтому предполагаемое событие могло состояться только в «нигде», в «никогда» и т.п.
Что касается меня лично, то я вынужден сказать, что по скудости своего ума и развития я никогда не мог поверить, что кто-нибудь искренне верит, что в нулевом объеме может содержаться бесконечное количество вещества.
Рассмотрим вариант рождения и смерти звезды, встречающийся в литературе наиболее часто. Мировое пространство полно частиц, главным образом это атомы водорода.
Беспорядочно снующие частицы образуют флуктуации – временные скопления, которые тут же могут распасться. Но если такая флуктуация оказывается более или менее длительной, начинает работать гравитация по закону всемирного тяготения. Тогда водородный шар растет до огромных размеров, внутри его растет давление. Давление внутри и вращение поднимают температуру до миллионов градусов, при которой идет ядерная реакция превращения водорода в гелий (чрезвычайно экзотермическая, поднимающая температуру до сотен миллионов и более градусов). Водородный шар засветился, стал звездой. Теперь внутри звезды работают две противоположные силы. Гравитация стремится сжать звезду, а гигантская температура – разорвать. Так происходит до полной выработки водорода. Теперь остается гигантская гравитация. Звезда превращается в красного гиганта, затем в белого карлика и, наконец, в черную дыру или в нейтронную звезду, называемую также черным карликом. Все. Звезды больше нет, ни свечения, ни какого бы то ни было излучения вообще (некое особое излучение есть, но оно ничего не решает). Теперь спросим: как мог происходить такой процесс образования миллиардов миллиардов звезд разбегающихся впоследствии галактик, в пределах какой-то точки – чего? По теории Большого Взрыва до него не существовало ни пространства, ни времени, и весь этот баснословно огромный процесс рождения и смерти триллионов звезд должен был происходить опять же в «нигде» и в «никогда».
В 2011 г., буквально в наши дни, вышла в свет книга одного из астрофизиков – Адана Франка с названием «О времени», с подзаголовком: «О космологии и неопределенностях теории Большого Взрыва». В одной из глав мы читаем: «1950-е годы были неблагосклонны к космологии Большого Взрыва. Ведущая теория Б.В. – Гамова-Алфера – оказалась неспособной объяснить ряд проблем, например то, что возраст вселенной по этой теории оказался меньшим возраста звезд; нерешенным оставался вопрос об образовании элементов тяжелее гелия и ряд других». Со временем, однако, эти проблемы находили решение, и уже 7-я и 8-я главы книги Франка были озаглавлены словами «Триумф Большого Взрыва». А в предисловии к книге Франк пишет, что «на сегодняшний день состояние теории Б.В. можно назвать как угодно, но только не оставленным, и пока, по крайней мере, мы не располагаем ничем подходящим для его замены».
По-своему реагировал на появление теории Б.В. Папа Римский: «Наука, – заявил он, – доказала акт сотворения мира, т.е. наличие Творца, т.е. Бога». Когда об этом узнал один из первых создателей теории Б.В., Жак Элмерт, он пришел в ужас. Элмерт был по профессии священником, а по призванию – одним из крупнейших астрофизиков. Как ученый он понимал, что любая новая теория подвержена риску быть непризнанной, и что если такая судьба постигнет теорию Б.В., это грозит крупными неприятностями для всего клерикального мира. И Элмерт стремглав помчался в Ватикан уговорить Папу не торопиться с громкими декларациями о доказанном научно существовании Творца, т.е. Бога. В СССР же партийная пропаганда не замедлила окрестить теорию Б.В. идеалистическими вывертами, в корне противоречащими материалистическому учению Маркса-Энгельса-Ленина.
Остается добавить, что в сознании и разработке теории Б.В., так или иначе, принимали участие, кроме уже упомянутых, такие титаны, как Эддинктон (США), Фридман (СССР), Фред Хойл (Англия).
———-
* «How in the World», c. 183, 1990
г.