И опять об устройстве Вселенной

Известный физик и шутник Роберт Вуд некогда катался на автомобиле и не заметил красного светофора. Полисмен остановил его и потребовал штрафа. Вуд начал оправдываться:
— Я слишком быстро ехал, а с автомобиля, развивающего тысячи километров в секунду, красный светофор выглядит зеленым!
Говорят, услыхав об этом, полисмен оштрафовал Вуда и за превышение скорости…

Физики давно знали о любопытной особенности света, приходящего к наблюдателю от движущегося источника. Если красный фонарь неимоверно быстро приближать к вам, его свет и в самом деле становится для вас зеленым, голубым, фиолетовым. Наоборот, зеленый фонарь, стремительно улетающий от вас, покажется красным. Он будет тем «краснее», чем выше его скорость «убегания». Явление это, именуемое эффектом Допплера, объясняется просто: от улетающего фонаря световые колебания приходят к неподвижному зрителю реже, что и соответствует «покраснению» света. И эта физическая закономерность порой значительно влияет на цвет небесных светил. Она верно служит астрономам: позволяет судить о движении звезд и галактик.

Еще в 1912 году американский астрофизик Слайфер подметил, что некоторые галактики «краснее», чем большинство других. В 1929 году его соотечественник Хаббл подтвердил существование «красного смещения» спектров ряда галактик и догадался, что повинен в этом эффект Допплера. Из наблюдений Хаббла получалось, что все далекие внегалактические туманности удаляются от нас — и тем быстрее, чем дальше они находятся. В наши дни считают, что самые далекие из них развивают до восьмидесяти тысяч километров в секунду. А некоторые несутся еще вдвое быстрее.

Словом, вывод Фридмана полностью оправдался. Это была, вероятно, первая в истории науки наблюдательная проверка предсказаний теоретической космологии. И успех ее повлек за собой немаловажные последствия.

Прежде всего, нашла еще одну разгадку тайна ночной тьмы. Ведь если свет звездного мира чем дальше, тем краснее, то на каком-то рубеже он становится невидимым — инфракрасным. С еще более далеких областей мира к нам должны доходить только радиоволны (еще более редкие электромагнитные колебания). И с увеличением расстояния до «убегающего» источника энергия их должна падать до ничтожных, практически неуловимых величин. Значит, во вселенной Фридмана небо не может быть ослепительно сверкающим и при бесконечном множестве звезд.

СУДЬБЫ ВСЕЛЕННОЙ

Окончательного суждения о незамкнутости мира гипотеза Фридмана не вынесла. В зависимости от значения средней плотности вещества Вселенной она признавала два варианта будущности мироздания: либо Вселенная будет вечно расширяться, «разбрызгивая» материю, «распрямляя» в бесконечность пространство, либо в один прекрасный момент расширение прекратится и сменится сжатием. Во втором случае многое в мире «полетело бы кувырком». Рассеяние энергии уступило бы место ее концентрации, начались бы процессы, строго запрещенные нашей физикой. Быть может, даже время «вывернулось бы наизнанку» и потекло вспять!

И в прошлом мироздания гипотеза Фридмана видела не менее парадоксальные вещи, чем в его будущем. Если сегодня мир «более прямой», чем был вчера, то когда-то раньше он был «совсем кривой»? И пространство и время в этом «скрученном» мире имели, видимо, особые, своеобразные свойства?

Действительно, из решения Фридмана следовало: если разбегание вещества и прежде происходило так же стремительно, как сейчас, то оно должно было начаться примерно два миллиарда лет тому назад. Выходило, что именно в ту далекую пору Вселенная принялась распрямляться. Именно тогда появились пространство и время в тех состояниях, которые знакомы нам сейчас. Что-то уж больно недавно, да? Пожалуй. Но об этом — чуть ниже. А сейчас вернемся еще раз к Эйнштейну.

Поначалу великий физик отнесся к выводам Фридмана скептически и ворчливо. Но потом, когда Хаббл с несомненностью подтвердил красное смещение, творец теории относительности безоговорочно согласился с русским исследователем. Эйнштейн приветствовал даже то, что Фридман обошелся в решении его уравнений без космологического члена. «Если бы хаббловское расширение было открыто во время создания общей теории относительности, — писал впоследствии Эйнштейн, — космологический член никогда бы не был введен. Его введение в уравнения сейчас кажется столь необоснованным потому, что исчезло его единственное оправдание…»

В тридцатые годы космологи стремились осмыслить сделанные открытия. Новые данные сопоставлялись с астрономическими наблюдениями и получали разнообразные истолкования. Кипели споры, не прекращались острые дискуссии. Немало труда потратили астрофизики, пытаясь объяснить красное смещение без предположения о разбегании галактик. Может быть, нет никакого расширения, а свет краснеет, как бы «старея» в далеком пути? Или он испытывает некое действие межзвездной среды? Гипотезы выдвигались и проверялись многократно. Но ничего не вышло из этих попыток. Мир действительно расширяется — такое мнение стало почти всеобщим. Правда, в оценках быстроты разбегания галактик у астрофизиков возникли разногласия.

Многие считали, что разлетающиеся галактики набирают скорость медленнее, чем было принято вначале. А потому стала иной и оценка величины «современного периода» жизни Вселенной — промежутка времени, истекшего с начала разбегания. Если во времена Фридмана этот период определялся в два миллиарда лет, то в начале пятидесятых годов появилась другая цифра: пять миллиардов лет.

Как и следовало ожидать, само существование этой сакраментальной цифры вело к жарким спорам. Не прекращались разговоры о том, что мир де не вечен. Астрономы нашли на небе довольно много звезд-«стариков», просуществовавших не менее двадцати миллиардов лет и, стало быть, переживших день собственного мифического «творения». Ведь и нашему Солнцу десять миллиардов лет. Что же, оно вдвое старше всего мира? Теперь ясно, что делать вывод о «сроке существования» Вселенной из гипотезы Фридмана совершенно незаконно. Гипотеза отражает лишь одну из многих особенностей неисчерпаемой жизни неисчерпаемого мироздания, выявляя, видимо, какую-то «критическую эпоху» его вечного бытия.

Бурные дебаты снова разгорелись и вокруг вопроса о замкнутости или незамкнутости мира. Опять нашлись ярые приверженцы идеи безоговорочной конечности Вселенной. Английский астрофизик Эддингтон занялся подсчетом… полного количества элементарных частиц Вселенной. Он без тени смущения опубликовал маловразумительное число: 15 747 724 136 275 002 577 605 653 961 555 468 144 714 914 527 116 709 366 231 425 076 185 631 031 296 штук протонов и столько же электронов.

Правда, когда, кроме протонов и электронов, в природе нашлись еще нейтроны, позитроны и другие частицы, Эддингтон попал в неловкое положение, вынужден был «подправить» свои вычисления и вывел новое «точно установленное» число частиц Вселенной — на четверть меньше (!) первого. Такая веселая астрофизика!

Автор: Глеб Анфилов.