РОДОСЛОВНАЯ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ

Большой Взрыв

 Откуда это? Кто создал эту природу в то время,
 когда не было ни чего бы то ни было, ни ничего,
 и мрак покрывался мраком?

ВЕДЫ

В 1917 г. было обнаружено, что в спектре некоторых туманностей линии смещены к красному концу. В ту пору туманностями именовали небольшие расплывчатые пятна, слабо светящиеся на черном фоне звездного неба.

То, что одним и тем же термином обозначались совсем разные объекты, выяснилось лишь десятилетие спустя, когда известный американский исследователь звездного мира Эдвин Хаббл с помощью крупнейшего телескопа установил, что некоторые из туманностей являются скоплениями звезд. С тех пор туманностями астрономы называют лишь разреженные облака газа и пыли. Для объектов же, «распавшихся» на звезды и оказавшихся в действительности огромными и очень далекими от нас звездными системами, придумали термин галактики.

Постепенно к началу 30-х годов сложилось мнение, что главные вещественные составляющие Вселенной - галактики, каждая из которых в среднем состоит приблизительно из ста миллиардов звезд. Солнце вместе с планетной системой входит в нашу Галактику, основную массу звезд которой мы наблюдаем в форме Млечного Пути. Кроме звезд и планет Галактика содержит также значительное количество разреженных газов и космической пыли.

Эти истины, давно уже вошедшие в школьные учебники, сами по себе еще не поколебали убежденности в стабильности Вселенной. Но когда в 1929 г. Хаббл составил сводку всех известных к тому времени данных по «красному смещению» в спектрах галактик, результат получился неожиданным. За исключением знаменитой туманности Андромеды и двух других ближайших звездных систем, в спектрах остальных галактик спектральные линии были смещены к красному концу тем сильнее, чем дальше от нас находились галактики. Говоря точнее, величина красного смещения оказалась пропорциональной расстоянию до источника излучения - такова строгая формулировка неожиданно открытого Хабблом закона.

Если приписать «красное смещение» хорошо известному физикам принципу Доплера, то получается, что все галактики с огромными скоростями (в сотни, тысячи и десятки тысяч километров в секунду) разлетаются прочь от Земли. Позднее выяснилось, что расширяется вся система галактик, или Метагалактика.

Этот вывод казался поначалу явно ошибочным. Рушились сложившиеся веками представления о спокойной, стабильной Вселенной, а главное, был непонятен физический механизм, заставляющий галактики «разбегаться» друг от друга. К этим сомнениям научного характера примешивались и возражения чисто философские.

К началу 30-х годов широкую популярность приобрела теория конечной, замкнутой Вселенной, разработанная Альбертом Эйнштейном. При некоторых упрощающих предположениях о структуре Вселенной и использовании теории относительности можно доказать, что вследствие действия гравитации трехмерное космическое пространство должно быть замкнутым, конечным, хотя и безграничным, как поверхность шара. Это, правда, только аналогия, не больше. Если Вселенную и можно назвать шаром, то шаром четырехмерным, не поддающимся наглядному представлению. В сферическом замкнутом космосе Эйнштейна количество галактик хотя и очень велико, но все же конечно. Значит, конечна и масса такой замкнутой Вселенной, как конечны ее объем и радиус.

А 1922 г. советский математик А. А. Фридман уточнил схему мира, нарисованную Эйнштейном. Он доказал, что замкнутая Вселенная Эйнштейна нестабильна. Она неизбежно должна расширяться: радиус конечной Вселенной должен расти, а вместе с ним будут увеличиваться и расстояния между космическими объектами. Расширяющееся пространство замкнутой Вселенной как бы разрежает находящееся внутри нее вещество. Иначе говоря, модель «расширяющейся Вселенной» была создана еще до того, как расширение всей известной системы галактик стало наблюдаемым фактом.

Но имено этот факт и оказался философски неприемлемым. В самом деле, если Вселенная - четырехмерный шар, то этот шар, вероятно, погружен в какое-то четырехмерное пространство. Но «четвертое измерение» долгое время ассоциировалось со всякой мистикой. Оно было излюбленной темой всевозможных спиритов, пытавшихся с помощью «четвертого измерения» объяснить разные «чудеса». Реальная же многовековая практика человечества совершалась и совершается в трехмерном пространстве. Отсюда и сложилось убеждение, что реально лишь пространство трех измерений, а многомерные пространства - не более чем удобная в ряде случаев математическая абстракция.

Психологически очень трудно было отказаться не только от бесконечной в евклидовом пространстве Вселенной, но и от ее вечности. Такую привычную для сознания вечность теория расширяющейся Вселенной явно не гарантировала. Если экстраполировать процесс расширения в прошлое, легко подсчитать, что около 10 млрд. лет назад радиус Вселенной был близок к нулю. Иначе говоря, «всего» 10 млрд. лет назад Вселенная представляла собой очень небольшой по объему, но зато сверхплотный сгусток вещества и энергии.

Надо заметить, что «возраст» Вселенной, т. е. промежуток времени от начала ее расширения до наших дней, по ряду причин определен не вполне точно. Возможно, этот возраст измеряется 18-20 миллиардами лет (оценка американского астронома Сэндиджа) или даже большим сроком. Важно другое: когда-то Вселенная была крошечной и сверхплотной. Взрыв (по неизвестным причинам) этого сгустка и положил начало расширению Вселенной. Если же расширение Вселенной будет длиться вечно, миру грозит «растворение в ничто».

Все это казалось явно абсурдным, противоречащим материалистическим представлениям о мире. Не случайно буржуазные идеалисты тотчас ухватились за экстравагантную теорию расширяющейся Вселенной и объявили ее «первовзрыв» актом божественного творения мира.

С тех пор на протяжении трех десятилетий предпринимались попытки объяснить «красное смещение» каким-нибудь физическим процессом, не связанным с принципом Доплера, а значит, и с разбеганием галактик. Ныне большинство астрофизиков считают, что «красное смещение» в спектрах галактик - чисто доплеровский эффект, а следовательно, разбегапие галактик - твердо установленный факт.

Изменилось отношение и к теории расширяющейся Вселенной. Марксистско-ленинская философия прежде всего признает объективную реальность материи, окружающего нас мира. Конкретные же свойства Вселенной не могут быть выведены умозрительно, на основании чисто философских соображений. Они добываются наукой, и только опыт, практика человечества могут служить критерием истинности любой гипотезы. Современные данные физики и астрономии говорят в пользу замкнутости, ограниченности космического пространства и расширения конечной Вселенной (Подробнее см. в кн.: И. Д. Новиков. Эволюция Вселенной. М., Наука, 1979 ). Это, разумеется, не предрешает вопроса о том, представляет ли она собой четырехмерный «шар». Принципиально мыслимы (а, может быть, и существуют) и более сложные формы мироздания. Поэтому, хотя и принято термином «Вселенная» обозначать наш замкнутый мир (мы в дальнейшем также будем придерживаться этой не совсем удачной терминологии), надо твердо помнить, что «Вселенная» в таком виде, возможно, не охватывает мироздания в целом. Не следует, конечно, и «первовзрыв», реальность которого сегодня трудно оспаривать, считать началом всех вещей и тем более актом творения мира. При всей грандиозности явлений речь идет, по-видимому, все же о «местном» эпизоде, не затрагивающем всего материального мира в целом. Надо заметить, что бесконечность сущего - понятие очень сложное и противоречивое. Оно не безусловно противоположно понятию конечного, и в современной науке намечаются тенденции к сочетанию в диалектическом единстве конечного и бесконечного (Подробнее см. в кн.: А. С. Кармин. Познание бесконечного. М., Мысль, 1981 ).

Так как Большой Взрыв, или «первовзрыв». Вселенной произошел 10 млрд. лет назад (примем условно эту величину), а возраст Земли, судя по геологическим данным, примерно лишь вдвое меньше, вся история Вселенной,, предшествующая рождению Земли, развернулась на временном интервале в пять миллиардов лет. Что тогда свершилось? Как эволюционировала материя от таинственного «первовзрыва» до состояния, в общих чертах близкого к современному? Можно ли достаточно наглядно представить себе первоначальное сверхплотное состояние Вселенной? Насколько близок к нулю был тогда ее объем и что заключалось внутри этого объема?

Итак, расширяющаяся Вселенная! Прежде всего подчеркнем, что речь идет о расширении всей Вселенной, т. е. об увеличении объема всего замкнутого сфероподобного трехмерного пространства. Разбегание же всей системы галактик есть следствие расширения пространства, увеличения «радиуса Вселенной».

Представьте себе мыльный пузырь, на поверхности которого осело множество пылинок. Если раздувать пузырь, растет его поверхность, а значит, увеличиваются взаимные расстояния между всеми пылинками. Аналогия примитивна, но этот пример все же не более, чем аналогия. Еще раз подчеркнем, что Вселенная не «пузырь» в обычном житейски наглядном значении этого слова, а четырехмерная сфера, т. е. нечто непредставимое. Однако замкнутость Вселенной означает, что объем ее хотя и очень велик, но все же конечен.

Радиус сферы, заключающей наблюдаемые ныне астрономические объекты, равен примерно 10 23 км. Объем этой сферы составляет 10 70 км3. Если принять на основании наблюдений, что средняя плотность вещества во Вселенной равна примерно 10 -29 г/см3, то общая масса доступной наблюдению части Вселенной составит 2•10 56 тонн, что в 1023 раз больше массы Солнца. Принимая наконец, что массы других галактик в среднем близки к массе нашей галактики (порядка 10 масс Солнца), получаем, что в наблюдаемой части Вселенной должно находиться примерно биллион ПО12) галактик.

Расширение Вселенной означает, что в прошлом ее объем был меньше, чем ныне. Если в модели Вселенной, разработанной Эйнштейном и Фридманом, время повернуть вспять, события пойдут в обратном порядке, как в кинофильме, запущенном с конца. Тогда получится, что примерно 13 млрд. лет назад радиус Вселенной был очень мал, т. е. вес галактики, межзвездная среда и излучение - словом, все, что ныне составляет Вселенную, было сосредоточено в ничтожно малом объеме, близком к нулю. Это первичное сверхплотное и сверхгорячее состояние Вселенной не имеет аналогов в современной нам действительности. Лишь теоретические расчеты позволяют проникнуть в тайны того, что было 10 млрд. лет назад.