Олег Фейгін - Вибух світобудови

Олег Фейгін

вибух світобудови

© Фейгін О. О., текст, 2016

© ТОВ «Страта», 2016

* * *

Грандіозна картина еволюції навколишнього світу, розширення Всесвіту від надщільного надгарячої стану, з бурхливими реакціями між елементарними частинками, до сучасного, коли речовина розпалася на гігантські системи небесних тіл, виникли планети і життя.

І. Д. Новиков. еволюція Всесвіту

Який же хід логічних міркувань змусив ці видимі нами тісні межі розсуватися все більше і більше, гублячись у незмірну дали, так, що тепер людський розум не в силах ні осягнути Всесвіт, про яку ми говоримо, ні уявити, наскільки мізерно в порівнянні з нею все то, що нас оточує?

А. Азимов. Всесвіт

Протягом століть найбільші розуми людства - Аристотель, Коперник, Кеплер, Галілей і Ньютон - вважали навколишній світ однорідним і незмінним. На ці ж властивості Всесвіту спочатку спирався в своїх побудовах Ейнштейн. Творець теорії відносності вважав, що Всесвіт в цілому не еволюціонує, перебуваючи в застиглому стані, і ніяк не підвладна ходу часу. Правда, в окремих місцях Метагалактики можуть виникати і зникати зірки і навіть цілі галактики, але загальна картина світу залишається принципово незмінною. Однак реальна Всесвіт виявилася зовсім іншою, статично застиглої, а динамічною і розвивається: речовина Всесвіту не може перебувати в спокої - воно повинно або розширюватися, або стискатися.

Сьогодні ми більш-менш достовірно знаємо, що наш Всесвіт виникла з «нічого» в результаті жахливого катаклізму, що отримав назву «Великий вибух».

В кінці сорокових років минулого століття битва між прихильниками вічною і незмінною Всесвіту і розширюється світом досягла свого апогею. У той час одним з головних супротивників динамічної еволюціонує моделі був британський астроном Фред Хойл.

Що ж саме «вибухнуло» і що взагалі існувало до Великого вибуху, судячи з усього надовго ще залишиться однією з найбільш пекучих загадок світобудови ....

Сучасна космологія, як наука про Всесвіт в цілому, побудована на фундаменті релятивістської теорії тяжіння - загальної теорії відносності Ейнштейна. З рівнянь Ейнштейна випливає, що масивні тіла прогинають простір, як гумову плівку, внаслідок чого кривизна простору - часу пов'язана з щільністю маси і енергії. Вперше застосувавши загальну теорію відносності до Всесвіту в цілому, Ейнштейн з подивом виявив, що вона повинна змінюватися з часом. Однак внутрішньо творець і бунтар Ейнштейн був все ж упевнений, що світобудову стаціонарно і його структура постійна в просторі і часі. Тому він ввів в отримані рівняння додаткове складова, що забезпечує незмінність Всесвіту.

Сучасного вигляду діаграми Хаббла

Можна підійти до питання про Хаббловском розширенні космосу, використовуючи більш звичні, інтуїтивні образи. Наприклад, уявімо собі солдатів, вишикуваних на площі з інтервалом 1 м. Нехай потім подається команда розсунути за одну хвилину ряди так, щоб цей інтервал збільшився до 2 м. Яким би чином команда ні виконувалася, відносна швидкість двох поруч стоять солдат буде дорівнює 1 м / хв, а відносна швидкість двох солдатів, що стоять один від одного на відстані 100 м, буде 100 м / хв, якщо врахувати, що відстань між ними збільшиться від 100 до 200 м. Таким чином, швидкість взаємного видалення пропорційна відстані. Відзначимо, що після розширення рядів залишається справедливим космологічний принцип: галактики-солдати як і раніше розподілені рівномірно, між різними взаємними відстанями зберігаються ті ж пропорції.

На початку минулого століття чудовий петербурзький математик Олександр Фрідман оскаржив висновки визнаного генія і довів, що світ, заповнений речовиною, повинен розширюватися або стискатися. Отримані Фрідманом рівняння лежать в основі сучасної космології. Трохи пізніше видатний американський астроном Едвін Хаббл дійшов висновку про те, що далекі галактики відходять у вічність зі швидкістю, пропорційною відстані.

Чим далі галактика, тим більше її швидкість, а коефіцієнт пропорційності отримав назву постійної Хаббла. Цей висновок Хаббл отримав на основі фізичного ефекту «червоного зсуву», який проявляється в почервонінні кольору галактик при їх видаленні. Астрофізики відразу ж запідозрили, що в цьому винен ефект Доплера: наближаючись хвилі стають коротшими, а віддаляючись - довше.

Для звукових хвиль це явище вперше досліджував акустик Крістіан Доплер: якщо до нас наближається електричка, то ми чуємо гудок високого тону, а коли вона проноситься мимо, високий тон переходить в низький. Ця ситуація повністю справедлива і для електромагнітних хвиль (див. Кольорову вклейку).

В астрономії по доплеровскому зрушенню частоти світла, що випускається судять про швидкість руху небесних тіл. Спостереження доплерівського зсуву частот світла віддалених галактик у вигляді так званого червоного зсуву свідчить про те, що всі галактики віддаляються від нас зі швидкостями приблизно до половини швидкості світла, зростаючими з відстанню.

Це було досить несподівано, адже в той час вважалося, що галактичні скупчення рухаються хаотично, і кількості наближаються і віддаляються об'єктів приблизно однакові. Так з'явилася знаменита стаття Хаббла «Зв'язок між відстанню і променевої швидкістю позагалактичних туманностей», в якій астроном доводив, що далекі галактики розлітаються від нас у всіх напрямках зі швидкістю, пропорційною відстані до них. Згодом ця залежність отримала назву закону розльоту Хаббла, а коефіцієнт пропорційності між швидкістю і дистанцією - постійної Хаббла.

Таким чином, теоретичні моделі Всесвіту, що теорії відносності отримали несподіване підтвердження при спостереженні ефекту червоного зсуву для далеких галактик. При цьому розширення відбувається одночасно в кожній точці і у нього немає центру. В яку б галактику ми не потрапили, нам буде здаватися, що всі інші далекі галактики віддаляються з червоним зміщенням, пропорційним відстані до них.

Саме простір як би роздувається. Це ясно з прикладу з повітряною кулькою: якщо намалювати на ньому галактики і почати надувати його, то відстані між ними будуть зростати, причому тим швидше, чим далі вони розташовані один від одного. Слід відразу зробити зауваження, що при всій своїй загальній наочності така модель неточна, адже в ній зберігається тільки взаємне розташування галактик, а сам розмір їх асоціацій зростає. Правильніше було б наклеїти групи різних галактик на поверхню кулі-Всесвіту. Тоді їх розміри дійсно не змінюватимуться, і з будь-якої точки ми побачимо розбігаються системи галактик.

Зараз важко сказати, кому ж з фізиків або астрономів прийшла перша думка про зворотному відліку часу, настільки це здається очевидним. І дійсно, якщо сьогодні групи галактик стрімко розлітаються в усі сторони, то колись у момент їх народження вони повинні були б займати набагато менший обсяг. А далі вся Всесвіт взагалі мала б стиснутися в точку ...

Сучасні розрахунки показують, що народження нашого світу сталося десь 13,7 млрд років тому. Саме тоді по не зовсім ясним причин виник вселенський катаклізм, чимось (але далеко не всім!) Нагадує вибух з розлітаються в усі сторони частинками і полями.

Сучасна теорія Великого вибуху дозволила пояснити безліч проблем, що стояли перед космологією, правда, виникли і нові питання:

Що було до Великого вибуху?

На що ж був схожий Великий вибух?

Чому наш простір має нульову кривизну геометрії Евкліда?

Чому Всесвіт порівняно однорідна, адже при будь-якому вибуху речовина розлітається в різні боки нерівномірними осколками?

Що привело до початкового розігріву новонародженої Всесвіту до неймовірно високої температури?

Глава 1. Таємниця космологічної сингулярності

... В цей момент порушується математично коректний опис геометрії простору - часу. Таке властивість характерна для більшості фізично прийнятних рішень рівняння Ейнштейна. Існування таких сингулярностей наводить на думку про деяку неадекватність загальної теорії відносності. Дуже може бути, що якась майбутня теорія виявиться вільною від такого «гріха».

Кінець ознайомчого уривка

СПОДОБАЛАСЯ КНИГА?