Чому вночі темно?

Справді, чому вночі небо темне? Спробуйте-но відповісти! Виявляється, не можна просто сказати: вночі темно тому, що не світить Сонце. Така відповідь невірна. Навіть без Сонця небо, здавалося б, «не має права» бути темним. Судіть самі.

«ЗАБОРОНА» НА ТЕМРЯВУ

Зірки – це сонця. Одні – близькі і тому яскраві, інші – неймовірно віддалені від нас, майже невидимі, а то й зовсім недоступні нашому оку. Але кожна випромінює світло. І якщо зірок незліченно багато, то всі разом вони дають нескінченно багато світла. Не важливо, що окремо інші зірки непомітні. Раз вже над будь-яким, навіть самим крихітним, куточком небосхилу їх нескінченно багато, вони всюди повинні зливатися, а суцільний фон, блискучий сліпучим блиском, віддає нескінченно багато променевої енергії. Коротше кажучи, всьому небу наказано мати яскравість, не меншу, ніж у поверхні Сонця. І так як світло зірок викликане їх високою температурою, небо повинно виливати такий же нестерпний жар.

А раз так, то в світі не повинно бути місця ні для Землі, ні для людей. У нестерпному світлі та спеці немислиме життя. Будь-який листочок, кожна комашка миттєво спопеліли б у такому Всесвіту. Речовин звичних нам станів – твердого, рідкого – стало б неможливо. Всюди було б так само спекотно, як в надрах Сонця. Несподіваний висновок. І, звичайно ж, абсолютно невірний.

Спростувати його наука намагається вже більше ста років. Спроб зроблено маса. Може бути, світло поглинається міжзоряним середовищем – газом, темним пилом, холодними планетами, остиглими «трупами» зірок? Ні, скільки б не поглинулося світла, його все одно залишиться нескінченно багато. Розрахунок простий: як би велика не була частка неосвітної матерії, тої, що світиться все одно залишиться нескінченно багато. Розділіть нескінченність навпіл, на десять, сто, тисячу частин – будь-яка частина все одно буде нескінченно велика. Крім того, атоми міжзоряного середовища не «поїдають» світло без залишку. Вони просто ковтають його, щоб «виплюнути» потім в іншому напрямку. Вони лише розсіюють, як би розбризкують енергію по всьому світу.

Тоді, може бути, в нашому всесвіті є гігантські непрозорі оболонки? Хтось із чеховських героїв філософствував: «Бути може, весь наш всесвіт захований в дуплі зуба якогось величезного чудовиська» . І ця «гіпотеза», наскільки серйозно її не обставити, не вирішує задачу, а лише відсуває її. Адже будь-яке «дупло», будь-яка темна оболонка в нескінченно світлому і гарячому світі неминуче розплавилася б і випарувалася.

Залишається висловити ще одне, дуже ризиковане припущення: зняти заборону нічної пітьми шляхом відмови від основної його причини – від зоряної нескінченності. Визнати, що в безмежному просторі світобудови існує лише «жменька» зірок і галактик – і все стане на місце, чи не так?

Ні, не так. У подібному міркуванні – філософське шулерство і фізичний недомисел. Ще великий класик природознавства Ісаак Ньютон говорив про те, що зірок не може не бути нескінченно багато. Якби їх набралася всього «жменя», нехай велетенська, завдяки тяжінню вони злиплися б в одне-єдине гігантське небесне тіло. Пізніше, правда, фізика внесла поправку: «жмені» зірки не злиплися б, а, навпаки, розбрелася по нескінченному простору. І тоді Всесвіт спорожнів б, а з ним зникла б фактично вся речовина.

Але речовина є! Як би далеко не заглянули телескопи, вони всюди знаходять матерію. Значить зірок нескінченно багато? Виходить так. Тоді чому ж все-таки вночі темно? Бачите, як все заплуталося! Намагаючись осмислити вид неба, ми заблукали в нетрях протиріч, зіткнулися з світоглядними питаннями, торкнулися найбільшої проблеми устрою всього Всесвіту – науки, яка іменується космологією.

ИЄРАРХІЯ СИСТЕМ

Ви отримали на іспиті задачу і жахнулися її труднощам. Але в екзаменаційних білетах не прийнято ставити завдань нерозв’язних. Тому ви вперто морщите лоб, болісно думаєте і нарешті вирішуєте задачу! А потім розшукуєте і другий, і третій спосіб, і загальний метод рішення. Щось схоже відбувається і в космології. Знаючи, що загадка нічної темряви напевно вирішувана (небо – то темне!), астрономи, фізики, філософи наполегливо шукають рішення. І мало-помалу нічна темрява починає отримувати право на існування.

Уявімо собі таке: світ нескінченний, зірок у ньому незліченно багато, але, тим не менш, щільність матерії в нескінченному обсязі Всесвіту дорівнює нулю. Неможливо? Виявляється, можливо. Потрібно лише, щоб при збільшенні обсягу космічного простору щільність матерії в ньому зменшувалася.

Щільність речовини є маса, поділена на об’єм. У кожній зірці щільність дуже велика, бо весь її обсяг заповнений речовиною. А ось в обсязі, що включає дві сусідні зірки, середня щільність матерії менше (адже космічна матерія між зірками практично нічого не важить). Ще набагато менше щільність речовини в обсязі Галактики. А далі? Що якщо в граничному випадку – для нескінченно великого обсягу – ми формально отримаємо нульову щільність матерії? Адже тоді заборона нічної темряви знімається! Дивлячись вдалину, ми практично не побачимо речовини – ні світлої, ні темної. І це незважаючи на те, що зірок та інших небесних тіл залишиться незліченно багато.

Така ідея лягла в основу цікавих схем розміщення зірок, які побудував на початку минулого століття бельгійський космолог Шарльє. Головну їх особливість Шарльє запозичив у астронома XVIII століття Ламберта. Особливість ця – ієрархічність будови світу. Небесні тіла утворюють системи, складність яких із збільшенням розмірів зростає, а середня щільність матерії падає. Світ, влаштований за такими правилами, цілком вільний не тільки від заборони нічної темряви, а й від деяких інших парадоксів, що встали в космології.

Свого часу схеми Шарльє здавалися одкровенням. У них чудилась розгадка будови Всесвіту. Однак потім ентузіазм охолов. Прямих доказів ідеям Шарльє не знайшлося. Системи його залишилися всього-навсього припущенням. І все ж праця Шарльє була дуже корисною. Він показав, що виходи з глухих кутів космології існують.

А тим часом на наукову арену вийшла знаменита теорія відносності Альберта Ейнштейна. Але про це читайте вже в наступній нашій статті.

Автор: Гліб Анфілов.