Размещено на http://www.allbest.ru/

Эволюция Вселенной

Введение

Жизнь и Космос нерасторжимы. "Живая Вселенная" - центральная идея в учении великого русского космиста, основоположника теоретической и практической космонавтики Константина Эдуардовича Циолковского, чье имя стало символом ХХ века и ознаменовало начало космической эры. В натурфилософском плане - жизнь не просто порождение Вселенной, но и ничто без нее. Растения и животные не могут существовать без солнечного света и излучаемой им энергии. Птицы при ночных перелетах ориентируются по звездам и Луне, а во время сезонных миграций - по магнитным и иным космическим полям. Человек тоже всецело планетарное, солярное и космическое существо. Homo sapiens - это всегда Homo cosmicos.

Но каковы они на самом деле - законы Вселенной? Ведь раскинутый перед нашим взором звездный ковер дает заведомо искаженную картину. На небесном экране еженощно перемещаются Луна и "хоры стройные светил" - планеты и звезды. Утром встает Солнце, пересекает небосклон с Востока на Запад и вечером прячется за горизонтом. Но на самом деле это все кажущиеся движения. В действительности перемещаются не звезды и светила.

Сказанным, однако, "вопросы к Небу" (так называется знаменитая поэма древнекитайского поэта и мыслителя Цюй Юаня) не исчерпываются. Как возникла Вселенная? Как она устроена? Как ее постичь? Почему она именно такая, а не другая? Что было в начале и что будет в конце? Что в самых глубинах? Как распределена материя в космическом пространстве? Действуют ли в удаленных галактиках те же законы, что и в нашей? Откуда берется колоссальная энергия, питающая все живое и неживое? Какова роль и в чем миссия Человека - этой вообще-то почти что невидимой песчинки в необъятных просторах мироздания? Вопросы, вопросы... Чем больше мы узнаем, тем больше новых вопросов.

Основные теории эволюции Вселенной

Весомый вклад в разработку космогонических идей внес известный советский астроном В.А. Амбарцумян (1908-1996). Его взгляды и подходы разделяют ученые разных стран. Особенно конструктивными и плодотворными астрономические и космологические наработки Амбарцумяна оказались в области галактической и внегалактической астрономии. По мнению ученого, эволюция любой галактики в очень большой степени зависит от активности и деятельности ее ядра. Эта точка зрения не считается общепринятой. Наличие ядра - распространенное свойство галактик (хотя есть галактики и без ядер). Ядра есть и в нашей Галактике, и в галактике Андромеды, и во многих других.

Что они собой представляют? Ядро галактики Андромеды, например, - небольшая звездная система, диаметром около 10 световых лет.

Это небольшая величина, если учитывать, что диаметры самих галактик измеряются иногда несколькими десятками тысяч световых лет. Ядра галактик - очень плотные образования, там множество звезд, и есть предположение, что ядра состоят только из звезд.

Но еще в 40-х годах нашего столетия было открыто, что некоторые ядра, видимо, находятся в каком-то странном, возбужденном состоянии, там происходит движение газов со скоростью около 1000 километров в секунду. Массы этих газов огромны, они измеряются тысячами солнечных масс, а иногда и сотнями тысяч.

Каков же источник газов? Изучение радиогалактик позволило предположить, что в каждом ядре есть какое-то тело, обладающее незвездными свойствами, которое выбрасывает из себя огромные массы газов. Наконец, существуют компактные галактики. Это, по сути дела, одно ядро, и ничего больше.

Галактики, вероятно, начинают свое существование как образования неопределенной формы - типа Магеллановых облаков. Под влиянием активности их ядер они постепенно принимают спиральную структуру. Выбрасывающиеся из ядра массы располагаются вблизи ядра вдоль магнитных силовых линий, которые затем из-за вращения галактики закручиваются и образуют спиральные ветви. Эти ветви должны беспрерывно возобновляться путем выбросов вещества из ядра, так как из-за утечки вещества вдоль магнитных силовых линий ветви могут исчезнуть через относительно короткое время в несколько сотен миллионов лет. Каким образом пополняется масса ядер, мы пока еще не знаем. Астрономы считают, что в течение существования нашей собственной Галактики (системы Млечного Пути) из ее ядра было выброшено около 10% ее общей массы, что составляет массу 20 миллионов Солнц. Такое большое уплотнение вещества в сравнительно небольшом объеме, которое имеется в ядре нашей Галактики, нигде больше не наблюдается.

В.А. Амбарцумян высказал мнение, что само ядро состоит из так называемого гиперонного газа с фантастической плотностью, а именно 1015 г/см 3: один кубический сантиметр этого газа должен весить 100 000 000 тонн. На поверхности этого гиперонного ядра происходит превращение гиперонов в нейтроны, которые затем распадаются на протоны и электроны. Это приводит к наблюдаемому образованию межзвездного водорода в ядрах галактики. В своем дальнейшем развитии галактика продолжает сжиматься и принимает форму плоского диска, который сохраняет свою спиральную структуру. Плотность галактики повышается, и число образующихся в ней звезд увеличивается. В течение нескольких десятков миллиардов лет активность ядер в конце концов истощается, спиральная структура исчезает и галактика становится эллиптической, без признаков внутренней структуры и без сверхплотного ядра. В эллиптической галактике звезды образуются в ограниченном числе.

Английские астрономы оценили возраст некоторых бесструктурных и спиралеобразных галактик по содержанию в них массы и по их яркости: одной из самых молодых галактик является Малое Магелланово облако, которое образовалось около 5 миллиардов лет тому назад, галактика М 31 в созвездии Андромеды имеет возраст 35 миллиардов лет, а галактика М 101 в созвездии Большой Медведицы даже 140 миллиардов лет. Наша Галактика, по мнению большинства ученых, относится к сравнительно молодым галактикам.

Теория "Большого взрыва"

Особого внимания и осмысления требует наиболее распространенная в настоящее время модель "горячей" Вселенной, сопряженная с концепцией "Большого взрыва".

Согласно концепции "Большого взрыва", Вселенная возникла из одной точки, радиусом равной нулю, но с плотностью равной бесконечности. Что это за точка, именуемая сингулярностью, каким образом из ничего появляется вся неисчерпаемая Вселенная и что находится за пределами сингулярности - об этом сторонники и пропагандисты данной гипотезы умалчивают. "Большой взрыв" произошел 10 - 20 миллиардов лет назад (точный возраст зависит от величины постоянной Хаббла, вводимой в соответствующую формулу). Эта величина, в свою очередь, может иметь различные значения в зависимости от методов, применяемых для измерения расстояния от Земли до галактик.

В целом же трезвый подход к квазикосмистским умозрениям типа "Большого взрыва" хорошо выразил известный шведский физик и астрофизик, лауреат Нобелевской премии Х. Альвен. Отнеся данную гипотезу к разряду математических мифов и отмечая возрастание фанатичной веры в него, он пишет: "...Эта космологическая теория представляет собой верх абсурда - она утверждает, что вся Вселенная возникла в некий определенный момент подобно взорвавшейся атомной бомбе, имеющей размеры (более или менее) с булавочную головку. Похоже на то, что в теперешней интеллектуальной атмосфере огромным преимуществом космологии "Большого взрыва" служит то, что она является оскорблением здравого смысла: credo, quia absurdum ("верую, ибо это абсурдно")! Когда ученые сражаются против астрологических бессмыслиц вне стен "храмов науки", неплохо было бы припомнить, что в самих этих стенах подчас культивируется еще худшая бессмыслица".

В рамках теории "Большого взрыва" отрицается вечность и бесконечность Вселенной, так как Вселенная имела начало во времени и по прошествии даже максимального срока в 20 миллиардов лет успела расшириться (раздуться) на ограниченное расстояние. Что находится за пределами радиуса расширяющейся Вселенной - тоже запретная тема для обсуждения. Обычно отделываются ничего не объясняющими утверждениями, смысл которых примерно следующий: Вселенная такова, потому что это вытекает из математических формул. В частности, сингулярность получается путем чисто математических преобразований и затем проецируется на космическую реальность. Вообще объектом релятивистской космологии являются предельно абстрактные модели, опирающиеся на сложнейший математический аппарат. При этом сначала решаются уравнения или доказывается теорема, а затем уже решается вопрос о том, каким образом следует скорректировать прежнее, не менее абстрактное математическое описание Космоса или, быть может, заменить старую космологическую модель на новую.

С полной очевидностью он обнаруживается и в истории с космологической сингулярностью. Впервые релятивистская идея расширяющейся Вселенной была сформулирована и математически обоснована российским ученым А.А. Фридманом в двадцатые годы.

Его ученик Дж. Гамов рассчитал в конце сороковых годов модель горячей взрывающейся Вселенной, положив начало концепции "Большого взрыва". Но широкое распространение и внедрение эта теория получила лишь с середины 1960-х годов.

Вот как излагает историю вопроса С. Хокинг - один из наиболее авторитетных современных ученых, внесший большой личный вклад в развитие и распространение релятивистской космологии (ныне Хокинг руководит той самой кафедрой в Кембриджском университете, которую когда-то возглавлял Ньютон, - свидетельство наивысшего признания в научном мире).

Отправной точкой размышлений Хокинга послужила теория другого английского математика и физика - Р. Пенроуза. Обосновывая начало Вселенной во времени и исходя из поведения световых конусов в общей теории относительности, Пенроуз математически показал, что когда звезда сжимается под действием собственных сил гравитации, она ограничивается областью, поверхность которой, в конце концов, сжимается до нуля. А раз поверхность этой области сжимется до нуля - следовательно, то же самое должно происходить и с ее объемом. Все вещество звезды будет сжато в нулевом объеме, так что ее плотность и кривизна пространства-времени станут бесконечными. В данной ситуации и возникает сингулярность, выведенная исключительно математическим путем в рамках теперь уже классической теоремы Пенроуза.

В 1965 году Хокинг познакомился с теорией Пенроуза и решил распространить ее на всю Вселенную, изменив при этом направление времени на обратное так, чтобы сжатие перешло в расширение. Другими словами, в математических уравнениях был заменен знак, что позволило ввести новую модель Большого Космоса, совмещенного с "Большим взрывом", точкой отсчета которого стала сингулярность. Спустя пять лет Хокинг опубликовал на эту тему работу уже совместно с Пенроузом.

Вот, собственно, и вся подоплека господствующей в настоящее время модели Вселенной, которая в дальнейшем уточнялась в деталях, но не в принципе.

Другие теории эволюции Вселенной

Разработка концепции "Большого взрыва" происходила в ускоренном режиме. Не связанные какими бы то ни было ограничениями, теоретики дали полную волю своему воображению. Особенно их привлекали краевые значения: что было в самом начале и что ждет их детище в самом конце. Проблема "начала" породила необозримый поток публикаций, включая быстро завоевавшие популярность монографии, такие, к примеру, как переведенная на многие языки книга американского физика, лауреата Нобелевской премии Стивена Вайнберга "Первые три минуты: Современный взгляд на происхождение Вселенной". Здесь, так сказать, посекундно расписано, как вела себя материя, возникшая из ничего, в первые три минуты своего существования.

Но посекундного расписания оказалось мало. Стали разрабатывать модели (повторим, - сугубо абстрактно-математические), позволяющие представить, что было (точнее - "было бы, если бы было") со Вселенной в первые десятые и даже сотые доли секунды. Особую известность получила так называемая "инфляционная модель" Вселенной, разработанная российским космологом А.Д. Линде. Ее популярность и быстрое признание были обусловлены тем, что с помощью новых математических допущений удалось преодолеть возникшие противоречия между двумя теоретическими "китами" - космологией и физической теорией элементарных частиц. Специалисты по теории элементарных частиц давно обращали внимание на неясные моменты космологии и задавали вопросы, которые казались почти метафизическими. Что было до начала расширения Вселенной? Почему Вселенная однородна и изотропна? Почему разные ее части, далеко удаленные друг от друга, так похожи, хотя формировались независимо? Поначалу казалось, что ответы на эти вопросы выходят за рамки целей и возможностей науки. Именно поэтому такой большой интерес вызвала предложенная Линде теория инфляционной, раздувающейся, Вселенной, в которой удалось ответить на большую часть приведенных вопросов. Общая черта различных вариантов инфляционной теории - существование стадии очень быстрого (экспоненциального) расширения Вселенной в вакуумоподобном состоянии с огромной плотностью энергии. Эта стадия и называется стадией инфляции. После нее вакуумоподобное состояние распадается, образующиеся при этом частицы взаимодействуют друг с другом, устанавливается термодинамическое равновесие, и лишь вслед за этим Вселенная начинает эволюционировать согласно стандартной модели "горячей Вселенной". В типичных моделях инфляции стадия раздувания продолжается всего 10-35 с, но за это время раздувающиеся области Вселенной успевают увеличить свой размер в 100000000001010 раз.

Вдохновленный "инфляционным подходом", Стивен Хокинг решил довести ультрарелятивистскую модель "Большого взрыва" до логического конца и ответить на весьма щекотливый вопрос: что же станет со Вселенной, когда она завершит эволюцию, предписанную математическими уравнениями. Ответ обескураживает своей бесхитростной простотой: она опять превратится в сингулярность, то есть в точку с нулевым радиусом. Хокинг даже припугивает: "Сингулярности не будет лишь в том случае, если представлять себе развитие Вселенной в мнимом времени". Вот так: либо соглашайся с сингулярностью, либо будешь жить в мнимом времени! Ужасная просто перспектива! Хорошо еще, что она существует только в разыгравшемся теоретическом воображении, а мнимое время - такая же математическая абстракция, как и сингулярность.

Итак, модель "Большого взрыва" - всего лишь одна из возможных воображаемых конструкций, плод игры теоретической мысли. Воистину прав был Максимилиан Волошин, который, точно предвидя грядущий теоретический "беспредел", писал:

Свободное оперирование теоретическими конструкциями, без их сопряжения с научной (а в данном случае - космистской) методологией приводит к отрыву от материальной действительности результатов математических операций и как следствие - к самым парадоксальным и невероятным выводам. Подтверждением тому может служить гипотеза "фридмонов" М.А. Маркова. Согласно этой гипотезе, "Вселенная в целом может оказаться микроскопической частицей. Микроскопическая частица может содержать в себе целую Вселенную". Подобные микроскопические объекты, "внутри" которых могут находиться звездные системы, галактики, цивилизации, получили название "фридмонов" (в честь А.А. Фридмана). Выдвигаемые положения наглядно иллюстрируются с помощью знаменитого "демона Максвелла" - гипотетического существа, способного оказаться в любой невероятной ситуации и описать ее. Вот что увидел бы такой "демон" при полете через Вселенную, представляющую собой "фридмон". Двигаясь от центра нашей Вселенной, "максвелловский демон", пройдя ультрамакроскопические расстояния между галактиками, в конце концов оказался бы в некоторой области, где наш мир с помощью микроскопической горловиной сферы связан с другим, "внешним" по отношению к нашему, пространством. Но если бы любознательный "демон" протиснулся сквозь горловину за пределы "фридмона" и взглянул со стороны на нашу Вселенную, то с удивлением обнаружил бы, что извне она представляется микроскопическим объектом.

Вывод о макро-микроскопической Вселенной базируется на строгом и оригинальном математическом расчете. Но значит ли это, что предлагаемое решение и является абсолютной "формулой мира", раскрывающей самые что ни на есть фундаментальные закономерности движущейся материи? Ничуть. Упомянутая формула является одной из бесчисленного множества возможных и столь же равноправных моделей и формул, каждая из которых будет описывать вполне определенную (новую в каждом отдельном случае) совокупность объективных природных отношений.

В модели "фридмона" учитывается соотношение полузамкнутой неевклидовой сферы с различными величинами ее радиуса, а также с гравитационной и световой константами, полными электрическим зарядом системы и массой вещества, содержащегося в границах описываемой Вселенной. При определенных значениях заданных величин, и в частности - радиуса сферы, ее поверхность может увеличиваться от нуля до некоторого максимума, а затем уменьшаться, стягиваясь в одну точку. Неудивительно, что получаются именно такие результаты. Отношения математических величин нередко обращаются в нуль. Точно так же отношение двух бесконечно больших (в математическом смысле) Евклидовых сфер может реализоваться в одной бесконечно малой (опять-таки в математическом смысле) точке: например, при соприкосновении таких сфер. Налицо объективное отношение, при котором бесконечно большое переходит в бесконечно малое (или наоборот) и онтологию которого легко можно понять, используя философские космистские принципы. Такую геометрическую модель можно наполнить и определенным физическим содержанием. Но даст ли это право обращать ее в узду для бесконечной Вселенной? Нет, потому что в конкретные отношения, с какой бы степенью полноты они ни были бы познаны, нельзя втиснуть неисчерпаемые материальные отношения. Нет, потому что бесконечная и вечно движущаяся Вселенная не сводится к одним лишь отношениям. Вместе с тем понимание сути отношений, присущих им объективных закономерностей, включая и закономерности их отображения в научных понятиях и теориях, помогают составить правильное представление о материальной действительности и на этой основе построить единую научную картину мира.

В 60-е годы нынешнего столетия было обнаружено микроволновое фоновое излучение, равномерно заполняющее все космическое пространство. Оно представляет собой радиоволны миллиметрового диапазона, распространяющиеся по всем направлениям. Таинственное явление было открыто американскими радиоастрономами Арно Пензиасом и Робертом Вильсоном, за что оба были удостоены Нобелевской премии. "Фотонный газ" равномерно заполняет всю Вселенную. Его температура близка к абсолютному нулю - около 3К. Зато энергия, сосредоточенная в нем, - превышает световую энергию всех звезд и галактик, вместе взятых, за все время их существования.

Новооткрытое явление немедленно было истолковано как температурно ослабленное излучение, образовавшееся вместе со всей Вселенной в результате Большого взрыва 10-20 миллиардов лет тому назад. За истекшее время эти, по-другому называемые еще "реликтовыми", фотоны якобы успели остыть до температуры около трех градусов по шкале Кельвина. "Нормальными" и "ослабленными" световыми квантами наполнено все космическое пространство: на каждый протон приходится несколько десятков миллионов фотонов. Так что же представляет собой это загадочное "реликтовое" излучение? И можно ли говорить о "реликтовых" фотонах? Представляется, что особого внимания на сей счет заслуживает мнение известного специалиста в области космической проблематики профессора Василия Петровича Селезнева, действительного члена Академии космонавтики им. К.Э. Циолковского, руководителя секции общей физики Московского общества испытателей природы.

Существование фонового излучения, равномерно заполняющего все космическое пространство, - считает академик, - является экспериментально установленным фактом. Объяснить физическую природу такого излучения оказалось весьма трудно. Интуиция некоторых исследователей не без основания направила на поиски причин в малоизученную область знания - космологию, связанную с происхождением всей нашей Вселенной. Однако в этом поиске почему-то возобладал односторонний подход: во внимание берется только одна предполагаемая причина возникновения "реликтового" излучения (так называемый "Большой взрыв") и не рассматриваются другие альтернативные решения. Вполне естественно, сам по себе "Большой взрыв", воспроизводящий якобы механизм зарождения Вселенной из точки нулевого объема (то есть из "ничего"), не выдерживает никакой критики. Поэтому его нельзя считать действительной причиной фонового излучения. Более обоснованно зарождение и распространение фонового излучения можно объяснить, рассматривая модель вращающейся Вселенной.

Накопленный человечеством научный и практический опыт в области земной и небесной механики показывает, что движения планет относительно Солнца, самого Солнца относительно Галактики, а также множества звездных систем и галактик относительно друг друга осуществляются под действием двух видов сил - сил гравитационного притяжения тел (сил всемирного тяготения) и сил инерции масс этих тел. Если бы силы инерции отсутствовали, то все небесные тела под действием всемирного тяготения слились бы в единое "тело". Однако, как известно из повседневного опыта, Луна не падает на Землю, Земля не падает на Солнце и т. д., а все они движутся относительно друг друга по различным орбитам, сохраняя в любой момент времени условие динамического равновесия сил гравитационного притяжения и сил инерции. Этот всеобщий для всей Вселенной закон механики приводит к тому, что галактики вращаются не только вокруг своих центров масс, но и относительно друг друга, а следовательно, вращается и вся Метагалактика. Подобное вращение звездного неба с угловой скоростью порядка 10-5 угловой секунды в год наблюдается экспериментально. Где бы ни находился наблюдатель в пределах Метагалактики, он мог бы обнаружить такое вращение звездного неба экспериментальным путем. Таким образом, и земной житель тоже является участником вращения Метагалактики.

Заключение

Вселенная - извечная загадка бытия. Манящая тайна навсегда. Ибо нет конца у познания. Есть лишь непрерывное преодоление границ неведомого. Но как только сделан этот шаг - открываются новые горизонты. А за ними - новые тайны. Так было - так будет. Особенно в познании Космоса - бесконечного, вечного, неисчерпаемого.

Великий немецкий философ Иммануил Кант заметил однажды, что есть всего две вещи, достойные подлинного удивления и восхищения: звездное небо над нами и нравственный закон внутри нас. Древние считали: и то и другое неразрывно связаны между собой. Космос обусловливает прошлое, настоящее и будущее человечества и каждого отдельно взятого человека. На философском языке это вековечное миропредставление оформилось в виде фундаментальной проблемы взаимодействия Макрокосма (Вселенной) и Микрокосма (Человека). При этом многие мыслители считали, что основной составляющей данного неразрывного единства является Человек. Именно в нем природа сконцентрировала в максимально сжатом виде наиболее важные свои потенции. Говоря языком современной науки, в Человеке закодирована вся информация о Вселенной. Мыслящий индивид - своего рода голограмма, по ней можно при желании воспроизвести любые закономерности Макрокосма, поскольку физические, химические, биотические и другие объективные закономерности повсюду и во всем одинаковые. вселенная космонавтика эволюция

Медленно вращается Земля, а на ее поверхности - тысячи и миллионы наблюдателей. Многие из них даже не задумываются над тем, что десятки таких знакомых и с глубокой древности известных созвездий - всего лишь случайное сочетание звезд, так они видятся земному наблюдателю. Окажись он на другой планете или в ином участке Вселенной - и знакомой звездной картины как ни бывало.

Литература