III. Истинная цена поспешных доказательств

Таким образом, даже если стать на тот путь, на котором находятся Леметр и Эддингтон, то "рождение" вселенной никак не является неизбежной необходимостью; существуют многие другие решения проблемы расширения вселенной, не предполагающие никакого ограничения времени в прошлом. Мы продолжим сейчас критику далее, рассматривая детальнее наблюдательные факты и основные предположения, на которых основывается теория расширяющейся вселенной. Сторонники этой теории опираются главным образом на следующие положения: а) наблюдаемое удаление галактик является реальным, б) вселенная конечна в пространстве, и все галактики во вселенной удаляются друг от друга по одному и тому же закону, в) многочисленные результаты, полученные другими путями, согласуются по величине промежутков времени с результатами, получаемыми в теории расширения вселенной. Рассмотрим последовательно все эти пункты.

Является ли реальным "разбегание" галактик?

Этот вопрос приходит на ум прежде всего. Действительно, представляется возможным, что не перемещения источников света, а какие-то другие явления изменяют свойства световых лучей во время их долгого, длящегося тысячи и миллионы лет пути от далеких спиральных туманностей до пашей Земли.

Некоторые специалисты по теории относительности (например, де Ситтер) уже очень давно предлагали теории строения вселенной, согласно которым свет, идущий от далеких небесных светил, должен испытывать изменения, возрастающие с расстоянием до этих светил. Впрочем, именно с целью проверки этих теорий, в которых спиральные туманности не рассматривались как удаляющиеся от нас, астрономы и предприняли систематическое следование излучения туманностей. Однако оказалось, что эти теории могут объяснить лишь незначительную долю наблюдаемого эффекта.

Другие физики пытались найти совершенно другое объяснение. Они также считали спиральные туманности неподвижными по отношению к нам и полагали, что свет, излучаемый ими, претерпевает на своем пути изменения. Одни думали, что световые лучи, проходя сквозь космические облака, передают атомам некоторую часть своей энергии, быть может, благодаря гравитационному эффекту или вследствие столкновений. Другие ученые утверждали, что свет, излучаемый туманностью, должен затрачивать некоторую часть своей энергии на преодоление притяжения со стороны этой самой туманности.

Все эти теории приводили к эффекту, пропорциональному расстоянию и, следовательно, соответствовали наблюдениям. С точки зрения эволюции вселенной наиболее интересна та теория, в которой предполагалось, что фотоны сталкиваются с атомами, рассеянными в межгалактическом пространстве и передают им часть своей энергии. Можно было бы тогда предположить, что эта передаваемая энергия идет на восстановление вещества из излучения в соответствие со схемой, нарисованной нами в предыдущей главе. Тогда "видимое" разбегание галактик могло бы рассматриваться как экспериментальное подтверждение "воссоздания вещества" в "пустоте" межзвездного пространства.

К сожалению, лабораторные исследования с целью проверки этой теории показали, что при столкновении фотона с электроном вместе с уменьшением энергии фотона происходит и изменение направления его движения (эффект Комптона). Отсюда следует, что если бы свет, посылаемый спиральными туманностями, испытывал по пути к нам изменение вследствие подобных столкновений фотонов и электронов, то мы не могли бы наблюдать спиральные туманности как отдельные объекты на небе. В самом деле, фотоны, отклонившись от своих первоначальных путей, могли бы приходить к нам не только по направлению от излучившего их объекта, но и по любым другим направлениям. Отсюда, конечно, не следует, что в межгалактическом пространстве не происходит столкновений фотонов и электронов. Напротив, подобные столкновения вполне правдоподобны, но они не могут объяснить наблюдаемые свойства излучения далеких галактик. Следовательно, возможно, что за счет энергии фотонов образуются в межзвездном пространстве более или менее сложные атомы, но это явление, по всей видимости, не имеет никакого отношения к рассматриваемому эффекту разбегания галактик.^*

^* (Или, как говорят астрономы, эффекту красного смещения в спектрах галактик. (Перев.)

Что касается двух других предлагавшихся объяснений, которые основываются на гравитационных эффектах (изменение фотонов, рассмотренное А. Ф. Богородским, или влияние галактик, мимо которых идет световой луч), то они, по-видимому, не могут быть приняты в настоящее время, так как отсутствуют экспериментальные доказательства этих, вероятно, слишком слабых эффектов.

Метод Хаббла

Представляется возможным, по крайней мере теоретически, проверить реальность разбегания галактик с помощью наблюдений. Этот метод был разработан Хабблом (которому и принадлежит открытие красного смещения) в сотрудничестве с Толменом.

Принцип, на котором основан этот метод, довольно прост. Известно, что свет образован фотонами и что тела выглядят тем более яркими, чем больше приходит к нам фотонов за один и тот же промежуток времени (например, за одну секунду). Если тело приближается к нам или если мы приближаемся к нему, то мы движемся навстречу фотонам, излучаемым этим телом, и в одну секунду нас достигает большее число фотонов, чем в том случае, когда мы оставались бы неподвижными по отношению к источнику света. Если, напротив, тело удаляется от нас, или мы сами удаляемся от него, то нас достигает за одну секунду меньшее количество фотонов, а если тело удаляется от нас со скоростью света, то к нам не придет ни один фотон. Точно так же путник, наблюдая проходящую колонну демонстрантов, сможет увидеть за одно и то же время меньше или больше людей в зависимости от того, идет ли он сам в том же направлении, в котором движется демонстрация (конечно, более медленно, поскольку в ином случае сравнение не имеет смысла), остается на месте или идет в противоположном направлении.

Отсюда следует, что если спиральные туманности действительно удаляются от нас, то их свет должен быть не только более красным, но также и менее интенсивным. Из двух одинаковых галактик, расположенных на одном и том же расстоянии от нас, та галактика, расстояние до которой остается неизменным, будет казаться более яркой, чем та, которая удаляется. Следовательно, если гипотеза о разбегании галактик соответствует действительности, то число очень ярких на вид галактик должно уменьшаться с расстоянием быстрее, чем в случае ошибочности этой гипотезы; наоборот, число галактик, становящихся невидимыми, должно расти (само собой разумеется, при условии, что в наблюдаемой части пространства распределение туманностей по их собственной яркости в среднем равномерно). Таким образом, должен был бы иметь место дополнительный эффект уменьшения плотности распределения видимых галактик с расстоянием. К несчастью, другие причины, связанные с покраснением света и действующие независимо от того, расширяется или не расширяется вселенная, приводят к эффектам уменьшения плотности видимого распределения того же самого порядка, и это затрудняет измерения.

Первые результаты, полученные этим методом в 1936 г. Хабблом, привели к противоречию с релятивистской теорией расширения вселенной. Само собой разумеется, эти результаты, поскольку они подрывали сами основы теории расширения, подверглись сильной критике. Сторонники Эддингтона и Леметра подчеркивали и безосновательно преувеличивали трудности наблюдений и их неточность. Конечно, было бы очень желательно провести эти исследования заново с учетом всех собранных с тех пор наблюдательных данных. Но во всяком случае, факт, что тот же самый астроном, наблюдения которого легли в основу теорий расширения вселенной, пришел на основании первых результатов, полученных таким экспериментальным путем, к отрицанию этих теорий, является весьма показательным.

Замечание Шацмана

Недавно французский астроном Шацман обнаружил в теориях расширяющейся вселенной другое противоречие, близкое к тому, о котором говорил Хаббл.

Расширение вселенной является одинаковым по всем направлениям и строго пропорциональным расстоянию лишь в том случае, если предположить, что распределение материи в пространстве само является равномерным. Но последнее далеко не соответствует действительности, поскольку наблюдаются значительные концентрации материи в отдельных областях, именно там, где находятся скопления галактик. Поскольку размеры некоторых скоплений галактик достигают десятков миллионов световых лет и имеют тот же порядок величины, что и знаменитый "радиус вселенной", то существование подобных скоплений должно вызывать в явлении расширения значительные неправильности. Эффект покраснения света, идущего от далеких спиральных туманностей, не должен быть в этом случае строго пропорциональным расстоянию в каком угодно направлении, но обязан испытывать заметные отклонения от закона пропорциональности. Однако наблюдения не обнаружили подобные отклонения и естественно сделать вывод о том, что покраснение света далеких галактик имеет своей причиной не расширение, а нечто другое.^*

^* (До настоящего времени не выдвинуто ни одного приемлемого объяснения природы "красного смещения", кроме того, что это смещение - следствие эффекта Допплера. (Прим. ред.))

Является ли необходимой схема конечной и неограниченной вселенной?

Этот вопрос, возможно, наиболее важный во всей этой дискуссии, часто освещается в популярных книгах плохо. Действительно, в них дают читателю понять, или даже прямо утверждают о том, что конечность пространства есть обязательное следствие общей теории относительности Эйнштейна. Но это отнюдь не так. Как мы уже говорили выше, необходимо различать в трудах Эйнштейна, с одной стороны, фундаментальные законы, выводимые в специальной и общей теориях относительности, которые составляют бесспорное приобретение современной физики и, с другой стороны, модели вселенной, претендующие на полное описание физического мира и являющиеся на самом деле более или менее произвольными созданиями ума. Сам Эйнштейн предлагал несколько моделей вселенной, из которых одна была бесконечной как в пространстве, так и во времени (см. замечание на стр. 194). Выбор модели конечной и неограниченной вселенной, который был сделан столь многими учеными-релятивистами, является в значительной мере субъективным, и он не мог носить иной характер, поскольку сами же эти ученые признают, что наши знания распространяются лишь на часть вселенной и ни в какой мере не на всю вселенную в целом,^* даже если считать ее конечной. Некоторые астрономы, являющиеся также сторонниками идеи о сотворении, как, например, Милн, отказались от теории конечной вселенной с целью дать другое объяснение разбеганию галактик, рассматриваемому как реальное и происходящее в бесконечном пространстве.

^* ( Шацман справедливо заметил по этому поводу, что даже сам подход ко вселенной как к некоторому целому, неявно содержит в себе отрицание бесконечности вселенной и является источником противоречий. Добавим, что это замечание, как и предыдущее, развивается в статье Шацмана, опубликованной на русском языке в сборнике "Вопросы космогонии", вып. IV, изд-во АН СССР, 1955 (см., в частности, стр. 225).)

Первая теория Милна: взрыв вселенной

Как мы только что сказали, Милн возвратился к обычному представлению о бесконечности пространства. В своей первой теории он предполагал, что несколько миллиардов лет назад все молекулы вселенной были собраны в очень маленьком объеме. Можно сказать, что они были как бы заключены в некотором закрытом сосуде. Эти молекулы вели себя как молекулы газа, находящегося в аналогичных условиях. Некоторые обладали более быстрым, другие более медленным движением. В какой-то момент они получили возможность сразу вырваться наружу из того объема, где они были собраны (продолжая сравнение, скажем, что стенки сосуда чудесным образом внезапно исчезли). Милн, пренебрегая всеми силами притяжения, а также постоянными столкновениями между различными молекулами, замечает, что после такого "взрыва" молекулы, которые имели наибольшую скорость в начальный момент, будут удаляться от первоначального объема быстрее всего, причем это удаление будет пропорционально скорости. Наоборот, скорость различных молекул будет пропорциональна удаленности последних от первоначального объема.

Ряд других предположений Милна уточняют эту схему. Некоторые близкие друг к другу молекулы в конце концов группируются (здесь Мили прибегает к силам притяжения) и образуют звезды. Соседние звезды также объединяются в группы (что противоречит существующим сейчас теориям) и образуют галактики, которые позднее дают начало скоплениям галактик. Естественно, что скорости этих галактик сохраняют характер скоростей молекул, из которых галактики состоят, и остаются пропорциональными расстояниям, отделяющим галактику от исходного пункта.

Наконец, Милн с помощью целого ряда других гипотез старается показать, что явление разбегания галактик должно выглядеть одинаково, независимо от того, на какой галактике будет находиться наблюдатель, что доказывается также в теориях Леметра и Эддингтона.

Эта теория, приобретшая после своего появления (1933) некоторую популярность, представляет интерес с той точки зрения, что она показывает возможность объяснения эффекта бегства галактик, в котором нет места понятию о расширении вселенной. Но следует, конечно, сказать, что далеко не ясно, какой выигрыш мы получаем, принимая идею Милна, поскольку она содержит набор новых и часто противоречивых гипотез (в частности, относительно сил притяжения). Все это Милн делает для того, чтобы перейти к рассмотрению начального момента (с которого началось творение), гораздо более необычного, чем все, что могли изобрести до настоящего времени. Милн отказывается обсуждать, почему его вселенная "взорвалась", и что могло происходить "ранее". Впрочем, он сам и не мог, собственно говоря, ставить такой вопрос, поскольку этот взрыв служит для него исходным пунктом.

Добавим, что, отвечая своим многочисленным критикам, Милн часто подправлял свои гипотезы. В частности, он ввел в дальнейшем одновременное рассмотрение двух систем времени, благодаря чему "начальный момент", в который вселенная, по предположению, взорвалась, может быть отодвинут назад на бесконечное число лет. Мы возвратимся к этим идеям Милна в следующей главе.

Является ли "разбегание" галактик повсеместным?

Если для объяснения эффекта удаления далеких галактик нет необходимости в предположении конечности пространства, то тем менее необходимо предполагать, что явление, наблюдаемое в пределах нескольких сотен миллионов световых лет от нас, имеет место для всех без исключения галактик, могущих существовать в неизведанных областях вселенной. Мы встречаемся здесь, как и в случае построения теории "тепловой смерти" вселенной, с произвольным и незаконным обобщением на всю вселенную закона, установленного лишь для ограниченной области вокруг Земли.

К тому же, если посмотреть внимательнее на результаты, полученные при изучении спиральных туманностей, то можно заметить, что наблюдения (впрочем, согласующиеся) относятся лишь к сотне далеких галактик. Но ведь их насчитывают сейчас сотнями миллионов. Поэтому нельзя быть даже уверенным, что этот закон справедлив для всех спиральных туманностей, которые могут наблюдаться. Возможно, что более многочисленные наблюдения позволят открыть галактики, не повинующиеся этому закону или даже далекие скопления галактик, находящиеся в состоянии сжатия. Но даже и в том случае, если бы этот закон оставался справедливым во всей области доступной наблюдениям, то и тогда было бы более осторожным с научной точки зрения предположить, что он может не иметь места на расстоянии, превышающем некоторый предел, например, за пределами Метагалактики, к которой мы принадлежим.

Мнимое совпадение возраста небесных тел

Другой аргумент, часто выдвигаемый сторонниками теории расширяющейся вселенной, заключается в удивительном совпадении возраста различных небесных тел, что якобы доказывает одновременность их рождения. Но это совпадение далеко не столь полное, каким иногда его стараются представить.

Несомненно, что возраст как галактики в целом, так и планет солнечной системы оценивается числом лет, заключенным между тремя и пятью миллиардами. Но это согласие, являющееся вполне естественным, если предположить, следуя В. Г. Фесенкову, что планеты формируются вскоре после Солнца в волокнистых туманностях рождающейся галактики, не имеет уже места, если мы сравниваем между собой возраст различных звезд или различных галактик.

Действительно, как мы видели в гл. V, открытия Амбарцумяна позволили сделать неопровержимый вывод о том, что звезды рождаются в Галактике все время. Следовательно, ни в какой мере нельзя отныне претендовать на справедливость идеи о почти одновременном рождении всех небесных тел. Данные наблюдений, которыми сторонники теории расширения слишком часто пренебрегают в угоду чисто формальным теориям, находятся в полном противоречии с этой идеей. Но кроме того, как мы уже заметили на стр. 55, нельзя считать достоверным и то, что фактический возраст нашей Галактики составляет лишь несколько миллиардов лет.

Если говорить также о возрасте спиральных туманностей, то в предыдущей главе мы указывали, что галактики эволюционируют во времени. Но этот факт, принимаемый всеми, влечет за собой вывод о существенном различии в возрасте между старыми и молодыми галактиками. Вполне правдоподобно, что сферические галактики, являющиеся самыми старыми, имеют возраст, равный или превышающий максимальную продолжительность жизни звезд, т. е. превышающий по крайней мере в 3-4 раза возраст нашей Галактики, относящейся к молодым. Сторонники же теории расширения окончательно принимают за возраст всей вселенной, - впрочем, не без затруднений и после вычислений более или менее дискуссионного характера, - возраст нашей Галактики, оцененный довольно произвольно в несколько миллиардов лет. Мы уже не говорим о том, что возраст скоплений галактик согласно исследованиям Цвикки, значительно больше.

Непрерывное "творение"

Рассмотрение других поспешных доводов в пользу теории расширения приносит нам новые сюрпризы. Например, теория Гамова, претендующая на объяснение происхождения тяжелых элементов в ту начальную эпоху, когда материя находилась в условиях очень большого давления и температуры, далеко не полностью удовлетворяет всех других сторонников теории расширения вселенной. Многие из них, как например, ван Альбада, приходят к заключению, противоречащему основной гипотезе Леметра, и считают, что тяжелые элементы должны были образоваться не при высокой, а при низкой температуре.

Само собой разумеется, что ввиду наличия всех этих противоречий многочисленные сторонники теории расширения вселенной искали новых путей объяснений наблюдаемых фактов. Но увлекающий поток идеализма в капиталистических странах настолько силен, что эти новые теории являются еще более нелепыми, еще более далекими от науки, чем те, которые они должны заменить.

Так, например, английский астроном Хойл с целью избежать противоречий, связанных с возрастом различных небесных тел, и избавиться от странной картины вселенной, становящейся со временем все менее и менее плотной, создал модель расширяющейся вселенной, в которой средняя плотность остается постоянной. Хойл отказался от гипотезы конечного и неограниченного пространства, а также от гипотезы начального момента и возвратился к представлению о бесконечности вселенной в пространстве и во времени (это единственный признак здравого смысла во всей его теории). Но ему также было необходимо предположить, что материя, покидающая данную область пространства, заменяется все время новой материей, вновь возникающей и представляющей материал для образования новых галактик. Мы встречаемся, правда, в другой форме, с гипотезой, уже высказанной Джинсом по поводу происхождения спиральных рукавов больших туманностей.

"Люди иногда спрашивают, - добавляет Хойл,^* - откуда берется эта материя. Ниоткуда! Материя довольствуется тем, что возникает в готовом виде. В некоторый данный момент различные атомы, составляющие материю, не существуют и через мгновение они уже существуют. Я должен признаться, что эта идея может показаться странной... Но ведь все представления о творении являются странными. В прежних теориях предполагали, что в некоторый данный момент возникало целиком все количество материи во вселенной и весь процесс творения представлялся как гигантский взрыв. Что касается меня, то я нахожу эту идею гораздо более странной, чем идею о непрерывном творении..."

^* (Ноу1е, La nature de l'univers, 1952, стр. 116.)

Мы посчитали нужным привести эту выдержку почти целиком, поскольку здесь отчетливо виден (и, может быть, гораздо яснее, чем у Эддингтона) исключительно субъективный характер выбора гипотез.

Что касается скорости этого "непрерывного творения", то она довольно мала: один атом за год в объеме, равном, как говорит Хойл, объему собора Св. Павла в Лондоне. Но, по-видимому, эта весьма скромная производительность божественной машины вполне достаточна для того, чтобы успокоить Хойла относительно будущего и дать ему возможность нарисовать в своем воображении мирную картину вселенной, устоявшейся, несмотря на свое расширение, в той же мере, как и тот вечный капитализм, установление которого в наш неспокойный век было бы желательным для каждого добропорядочного английского буржуа.^*

^* (По поводу теорий Хойла см. также статью Шацмана, "Etat stationnaire ou l'etat bourgeois", La pensee, n° 33, 1950.)

Хойл, увы! не единственный из тех, кто занимается вопросом об этом странном непрерывном творении. Аналогичные теории построены в Англии Бонди и Голдом, в Германии же Иордан, основываясь на мистических соображениях относительно каких-то целочисленных соотношений между мировыми постоянными, сделал "открытие", что материя рождается самопроизвольно (за счет потенциальной энергии всей вселенной) в форме сверхгигантских звезд.