І знову про будову Всесвіту

Відомий фізик і жартівник Роберт Вуд колись катався на автомобілі і не помітив червоного світлофора. Полісмен зупинив його і зажадав штрафу. Вуд почав виправдовуватися:
– Я занадто швидко їхав, а з автомобіля, розвиваючого тисячі кілометрів на секунду, червоний світлофор виглядає зеленим!
Кажуть, почувши про це, полісмен оштрафував Вуда і за перевищення швидкості …

Фізики давно знали про цікаву особливість світла, що приходить до спостерігача від рухомого джерела. Якщо червоний ліхтар неймовірно швидко наближати до вас, його світло і справді стає для вас зеленим, блакитним, фіолетовим. Навпаки, зелений ліхтар, що стрімко відлітає від вас, здасться червоним. Він буде тим «червонішати», чим вище його швидкість «тікання». Явище це, іменоване ефектом Допплера, пояснюється просто: від відлітаючого ліхтаря світлові коливання приходять до нерухомого глядача рідше, що і відповідає «почервонінню» світла. І ця фізична закономірність часом значно впливає на колір небесних світил. Вона вірно служить астрономам: дозволяє судити про рух зірок і галактик.

Ще в 1912 році американський астрофізик Слайфер підмітив, що деякі галактики «червоніші» ніж більшість інших. У 1929 році його співвітчизник Хаббл підтвердив існування «червоного зсуву» спектрів ряду галактик і здогадався, що винен у цьому ефект Допплера. Зі спостережень Хаббла виходило, що всі далекі позагалактичні туманності віддаляються від нас – і тим швидше, чим далі вони знаходяться. У наші дні вважають, що самі далекі з них розвивають до вісімдесяти тисяч кілометрів на секунду. А деякі несуться ще вдвічі швидше.

Словом, висновок Фрідмана повністю виправдався. Це була, ймовірно, перша в історії науки спостережна перевірка передбачень теоретичної космології. І успіх її спричинив важливі наслідки.

Насамперед, знайшлась ще одна розгадка таємниці нічної пітьми. Адже якщо світло зоряного світу чим далі, тим червоніше, то на якомусь рубежі воно стає невидимим – інфрачервоним. З ще більш далеких областей світу до нас повинні доходити тільки радіохвилі (ще більш рідкісні електромагнітні коливання). І з збільшенням відстані до «тікаючого» джерела енергія їх повинна падати до незначних, практично невловимих величин. Значить, у всесвіті Фрідмана небо не може бути сліпуче блискучим і при нескінченній множині зірок.

ДОЛІ ВСЕСВІТУ

Остаточного судження про незамкнутість світу гіпотеза Фрідмана не витримала. Залежно від значення середньої щільності речовини Всесвіту вона визнавала два варіанти майбутності світобудови: або Всесвіт буде вічно розширюватися, «розбризкуючи» матерію, «розпрямляючи» в нескінченність простір, або в один прекрасний момент розширення припиниться і зміниться стисканням. У другому випадку багато в світі «полетіло б шкереберть». Розсіювання енергії поступилося б місцем її концентрації, почалися б процеси, строго заборонені нашої фізикою. Бути може, навіть час «вивернувся б навиворіт» і потік назад!

І в минулому світобудови гіпотеза Фрідмана бачила не менше парадоксальні речі, ніж у її майбутньому. Якщо сьогодні світ «більш прямий», ніж був вчора, то колись раніше він був «зовсім кривий»? І простір і час в цьому «скрученому» світі мали, мабуть, особливі, своєрідні властивості?

Дійсно, з рішення Фрідмана слідувало: якщо розбігання речовини і перш відбувалося так само стрімко, як зараз, то воно повинно було початися приблизно два мільярди років тому. Виходило, що саме в ту далеку пору Всесвіт почав розпрямлятися. Саме тоді з’явилися простір і час в тих станах, які знайомі нам зараз. Щось аж надто недавно, так? Мабуть. Але про це – трохи нижче. А зараз повернімося ще раз до Ейнштейна.

Спочатку великий фізик поставився до висновків Фрідмана скептично і буркотливо. Але потім, коли Хаббл з переконливістю підтвердив червоний зсув, творець теорії відносності беззастережно погодився з російським дослідником. Ейнштейн вітав навіть те, що Фрідман обійшовся у вирішенні його рівнянь без космологічного члена. «Якби Хабблівське розширення було відкрито під час створення загальної теорії відносності, – писав згодом Ейнштейн, – космологічний член ніколи б не був введений. Його введення в рівняння зараз здається настільки необґрунтованим тому, що зникло його єдине виправдання…»

У тридцяті роки космологи прагнули осмислити зроблені відкриття. Нові дані зіставлялися з астрономічними спостереженнями і отримували різноманітні тлумачення. Кипіли суперечки, не припинялися гострі дискусії. Чимало праці витратили астрофізики, намагаючись пояснити червоне зміщення без припущення про розбігання галактик. Може бути, немає ніякого розширення, а світло червоніє, як би «старіючи» в далекому шляху? Або воно відчуває якусь дію міжзоряного середовища? Гіпотези висувалися і перевірялися багато разів. Але нічого не вийшло з цих спроб. Світ дійсно розширюється – така думка стала майже загальною. Правда, в оцінках швидкості розбігання галактик у астрофізиків виникли розбіжності.

Багато хто вважав, що розлітаючись галактики набирають швидкість повільніше, ніж було прийнято спочатку. А тому стала іншою і оцінка величини «сучасного періоду» життя Всесвіту – проміжку часу, який минув з початку розбігання. Якщо за часів Фрідмана цей період визначався у два мільярди років, то на початку п’ятдесятих років з’явилася інша цифра: п’ять мільярдів років.

Як і слід було очікувати, саме існування цієї сакраментальної цифри вело до жарких суперечок. Не припинялися розмови про те, що світ де не вічний. Астрономи знайшли на небі досить багато зірок-«дідусів», що проіснували не менше двадцяти мільярдів років і, стало бути, що пережили день власного міфічного «творіння». Адже і нашому Сонцю десять мільярдів років. Що ж, вони вдвічі старше всього світу? Тепер ясно, що робити висновок про «термін існування» Всесвіту з гіпотези Фрідмана абсолютно незаконно. Гіпотеза відображає лише одну з багатьох особливостей невичерпного життя невичерпної світобудови, виявляючи, мабуть, якусь «критичну епоху» його вічного буття.

Бурхливі дебати знову розгорілися і навколо питання про замкнутість або незамкнутість світу. Знову знайшлися затяті прихильники ідеї беззастережної кінцівки Всесвіту. Англійський астрофізик Еддінгтон зайнявся підрахунком … повної кількості елементарних частинок Всесвіту. Він без тіні збентеження опублікував малозрозуміле 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 протонів і стільки ж електронів.

Правда, коли, крім протонів і електронів, в природі знайшлися ще нейтрони, позитрони і інші частинки, Еддінгтон потрапив у незручне становище, змушений був «підправити» свої обчислення і вивів нове «точно встановлене» число часток Всесвіту – на чверть менше (!) першого. Така весела астрофізика!

Автор: Гліб Анфілов.