Знак вопроса 1993 № 1-2 - Алим Войцеховский

Когда говорят о расширении Вселенной, то речь идет только об удалении одного скопления галактик от другого (поэтому бессмысленно искать центр расширения). Если же несколько небесных тел связаны силами тяготения в единое образование (подобно Солнцу и окружающим его планетам или звездам в Галактике), то такие системы не расширяются. И уж, естественно, не расширяются отдельные небесные объекты — звезды, планеты и т. д. Другими словами, процесс расширения относится лишь к усредненному движению в очень больших масштабах, а не к отдельным изолированным объектам — галактикам, звездам, планетам, связанным гравитационно и в которых плотность вещества гораздо больше средней во Вселенной.

Будущее нашего расширяющегося мира зависит от соотношения между скоростью разбегания галактик и силой, с которой они друг друга притягивают. Скорость разбегания ученые знают достаточно точно. Но вот сила притяжения определяется средней плотностью вещества во Вселенной, а она, к сожалению, известна пока лишь приблизительно. Следовательно, будущее Вселенной зависит от значения средней плотности вещества в ней, т. е. от массы вещества всех галактик и другой материи, равномерно «размазанной» по всему пространству. Оказывается, существует критическая величина плотности, приближенно равная 10 г/см, т. е. 10 атомов водорода в одном кубическом метре. Если плотность материи во Вселенной превышает эту величину, то «разбегание» галактик будет с течением времени замедляться, затем остановится и перейдет в «сжатие», т. е. красное смещение сменится на фиолетовое. Если же окажется, что плотность вещества во Вселенной меньше критической, то расширение будет продолжаться безгранично.

Согласно имеющимся сегодня данным, плотность вещества во Вселенной примерно в десять раз меньше критического значения. Выходит, что разбегание галактик будет продолжаться вечно.

Однако этот вывод следует снабдить знаком вопроса. Все дело в том, что определить с достаточной точностью среднюю плотность вещества — очень трудная задача. В данном случае приходится иметь дело не только с труднонаблюдаемыми видами вещества, например с разреженным горячим газом и другими видами материи в пространствах между галактиками, но и решать проблему так называемой скрытой массы во Вселенной.

Суть последней состоит в том, что масса любой галактики оказывается существенно больше суммарной массы всех звезд галактики и массы, содержащейся в ее газово-пылевой составляющей. Так, например, по характеру вращения некоторых галактических образований-дисков можно заключить, что распределение видимой массы в них не соответствует наблюдениям: видимая масса составляет лишь 15–25 % от необходимой для объяснения характера вращения вещества во внешних областях дисков. Предполагается несколько кандидатов в объекты, из которых может состоять скрытая масса: планетоподобные образования типа нашего Юпитера, массивные «черные дыры», межгалактический газ, экзотические субстанции, такие, как космические лучи, нейтрино, гравитационные волны, а также различные другие виды физической материи.

Такова в самом общем виде фактическая сторона дела в современной космологии. Перечень рассмотренных выше проблем и вопросов очень краток и схематичен. Но и он позволяет сделать вывод о том, что еще далеко нс все в Большом космосе известно и понятно сегодняшней науке. Будет ли Вселенная расширяться вечно или же расширение сменится сжатием и все галактики, звезды и планеты вновь cплaвятcя в чудовищном тигле? Почему Вселенная в большом масштабе однородна и почему имеются отклонения от однородности и масштабах скоплений галактик? Почему энтропия Вселенной велика, т. е. почему Вселенная горячая? Существуют ли миры помимо нашей Вселенной?

Ответ на эти вопросы должны дать будущие исследования. Ученые преисполнены оптимизма — ведь возможности наблюдательных инструментов еще далеко не исчерпаны. Новые телескопы, несомненно, позволят заглянуть в такие космические бездны, которые сегодня еще недоступны глазу человека. и узнать много нового о нашем «звездном доме».

2. Космологические сомнения

Концепция Большого взрыва, положившего начало эволюции нашего мира, стала столь же признанной в современной космологии, как, по словам академика Я. Б. Зельдовича, и шарообразность Земли. Однако со временем появились новые научные данные, поставившие теорию расширения Вселенной под сомнение. Рассмотрим некоторые из таких соображений.

Удивительными и загадочными объектами Вселенной являются КВАЗАРЫ, или, если называть их полным именем, квазизвездные радиоисточники. Это самые яркие, самые далекие и в то же время самые древние из известных нам космических тел. Вычисленные по закону Хаббла расстояния до квазаров составляют миллиарды световых лет. По мнению большинства ученых, это сжавшиеся под влиянием сил тяготения ядра практик, в центре которых возникли сверхплотные скопления материи — так называемые черные дыры. Они непрерывно поглощают из ближайшего пространства газ, пыль, другой космический мусор и даже звезды.

Освобождающаяся при этом гравитационная энергия поддерживает яркое свечение квазаров — они излучают во всем электромагнитном диапазоне с интенсивностью большей, чем сотни и тысячи миллиардов обычных звезд. Объяснить, какой физический механизм приводит в действие «энергетический котел» столь чудовищной мощности, в рамках теории расширяющейся Вселенной пока не удается.

Астрономов особенно привлекает тот факт, что квазары предстают перед ними как объекты, которые позволяют заглянуть не только на далекие окраины Галактики, но и в глубокое прошлое. Обсерватории мира непрерывно ведут поиск удаленных квазаров. Возраст одной из последних таких находок стал настоящей астрономической сенсацией.

Открытие, способное изменить нынешнее представление о космической эволюции, сделали американские астрофизики М. Шмидт, Д. Ганн и Д. Шнайдер. Им удалось обнаружить квазар, являющийся, по их словам, самым отдаленным источником света во Вселенной и находящийся удивительно близко к предполагаемому краю пространства и началу времени. Изучая квазары, ученые остановились на том, который получил условное наименование Пи-Си 1 158+4635. Он находится в созвездии Большой Медведицы. Анализ излучаемого им света показывает, что он существовал уже тогда, когда Вселенная достигла лишь шестой части своего сегодняшнего размера, а ее возраст составлял всего 7 % от нынешнего.

Если принять возраст Вселенной за 15 миллиардов лет, то, как подсчитали американские астрофизики, обнаруженный ими квазар сформировался спустя немногим более 1 миллиарда лет после «Большого взрыва». Согласно прежним наблюдениям квазары начали появляться спустя примерно 3 миллиарда лет после «Большого взрыва». Поэтому можно сделать вывод, что Вселенная приобрела свою нынешнюю структуру с неравномерным распределением материи в виде звездных галактик гораздо раньше, чем считалось. В то же время по теории «Большого взрыва» процесс формирования галактик должен был занимать гораздо больше времени, чем 1 миллиард лет, т. е. 14 миллиардов лет назад никаких галактик еще не могло существовать.

Дело в данном случае заключается в том, что, по современным представлениям, вначале материя во Вселенной распределялась очень равномерно. Свидетельство тому — полная однородность микроволнового реликтового излучения, доносящего до нас эхо «Большого взрыва». Затем материя начала неравномерно уплотняться, образуя звезды и галактики. Таким образом, открытие американских астрофизиков оставляет очень мало времени между двумя состояниями Вселенной и входит в противоречие с существующими космологическими теориями.

Далее. Общепринятая ныне теория утверждает, что Вселенная родилась в момент, когда произошел «Большой взрыв». Но некоторые космологи в последние годы усомнились, что за такое время смогли образоваться многие тысячи известных ныне галактик самых разнообразных типов.

Недавно группа ученых, в их числе был и известный шведский астрофизик, лауреат Нобелевской премии Х. Альвен, разработала альтернативную гипотезу, где основная роль в формировании мира отдана не тяготению, а электромагнитным силам в плазме, наполняющей всегда существовавшую Вселенную. При этом, вполне понятно, отвергается и вероятность коллапса — катастрофического сжатия Вселенной под влиянием той же гравитации.

До сих пор большинство специалистов считали, что магнитные силы слишком слабы для «организации» материи в стройную систему звезд и галактик. Однако сотрудники Лос-Аламосской национальной лаборатории (США), смоделировав процессы в космической плазме на ЭВМ, показали, что облака плазмы за многие миллиарды лет действительно могли сближаться и уплотняться под действием именно электромагнитных сил. Более того, при этом последовательно образуются структуры, напоминающие все типы наблюдаемых ныне галактик. Одна из полученных конфигураций, например, удивительно похожа на хорошо известную астрономам галактику NGC 1300. Правда, авторам новой гипотезы трудно будет ответить на один довольно-таки простой вопрос: «А откуда все-таки взялась плазма?»