Вселенная. Путешествие во времени и пространстве - Сергей Арктурович Язев
В обоих случаях модели Фридмана говорили о том, что «момент 0» существовал! Был начальный момент, когда произошло какое-то величайшее событие в истории нашей Вселенной: либо галактики (вдруг) возникли на больших расстояниях друг от друга, либо они возникли все в одном месте, но какая-то неведомая сила «разбросала» их по огромному объему. А что будет дальше — зависит от средней плотности Вселенной. Существование «момента 0» говорило о том, что у Вселенной было начало!
Фридман это хорошо понимал. И прямо об этом писал.
Автору этой книги представляется, что в развитии картины мира можно выделить по крайней мере три важнейших, можно сказать, революционных, интеллектуальных прорыва.
Первый — это появление картины мира Анаксимандра. Это был грандиозный интеллектуальный рывок, когда человек пришел к мысли, что тяжелая Земля не может стоять на бесконечных подставках и постаментах, а просто парит в пространстве. К этому привело критическое мышление философа, его логика. Он осознал, что такое решение логичнее тупиковой идеи о бесконечных подставках. Замечательно, что никаких экспериментов и наблюдений, которые подтверждали бы эту идею, не было. Это была умозрительная концепция, и она была принята потому, что в ней было меньше противоречий, чем в альтернативных идеях.
Второй прорыв — это картина мира Джордано Бруно. Философ пришел к мысли, что Вселенная безгранична в пространстве, что никаких границ у Вселенной нет и не может быть. У такой Вселенной нет центра и нет окраин, она всюду и всегда примерно одинакова.
И, наконец, третий интеллектуальный прорыв связан с концепцией Александра Фридмана. Из уравнений Фридмана получалось, что у Вселенной должно быть начало. Что же касается бесконечности и кривизны Вселенной, то, как и у Эйнштейна (не надо забывать, что именно уравнения Эйнштейна лежали в основе разработок Фридмана), Вселенная Фридмана — это так называемая гиперсфера конечного размера — как и у Эйнштейна, но меняющаяся со временем.
Можно заметить, что идея меняющейся со временем (эволюционирующей) Вселенной автоматически разрешала и гравитационный парадокс Зелигера, и фотометрический парадокс Ольберса. Во Вселенной Фридмана гравитация ведет себя так, как ей и положено: она честно притягивает галактики друг к другу. Если общая масса галактик велика, гравитация победит, и галактики приблизится другу к другу, объединяясь в единый ком материи. Если же загадочный начальный толчок был столь мощен, что галактики приобрели огромные скорости и тяготение не сможет их побороть, — расширение Вселенной будет продолжаться вечно.
Что касается фотометрического парадокса, то он решается самим фактом существования начала Вселенной. Если у Вселенной было начало, значит, позади у нас пусть большой, но не бесконечный интервал времени. Это значит, что свет от каких-то далеких галактик просто еще не дошел до нас с каких-то направлений, и в этом направлении мы видим черное небо.
Фридман в своей научно-популярной книге «Мир как пространство и время», изданной в 1923 году, написал:
«Переменный тип Вселенной представляет большое разнообразие случаев. Для этого типа возможны случаи, когда радиус кривизны мира… постоянно возрастает с течением времени. Возможны далее случаи, когда радиус кривизны меняется периодически: Вселенная сжимается в точку (в ничто), затем снова из точки доводит радиус свой до некоторого значения, далее опять, уменьшая радиус своей кривизны, обращается в точку и т.д.».
Возникает масса вопросов.
Что было до начала Вселенной? Почему Вселенная не возникла раньше (или позже)? Что, собственно, произошло? Как может гигантская Вселенная, содержащая множество галактик, сжаться в точку? Означает ли тот факт, что Вселенная когда-то не существовала, а затем почему-то возникла, что Вселенную кто-то создал?
Ответов на эти (и другие) вопросы не было.
Альберт Эйнштейн ознакомился со статьей Фридмана. Сначала она ему не понравилась, и он счел теорию ошибочной. Но, изучив внимательно математические выкладки Фридмана, Эйнштейн согласился с тем, что в смысле математики у Фридмана все получилось верно. Однако Эйнштейн продолжал считать, что фридмановские расчеты, будучи правильными с математической точки зрения, не имеют отношения к реальной Вселенной и что Вселенная все-таки стационарна.
По поводу того, стационарна или не стационарна Вселенная, можно было спорить сколько угодно. Модели Фридмана поражали воображение, но казались нереальными. Они утверждали, что среднее расстояние между галактиками должно меняться со временем: либо увеличиваться (если мы находимся на стадии расширения, то есть разлета галактик), либо уменьшаться (если на практике реализуется первая из моделей и мы находимся на стадии сближения галактик). Как принято в науке, любая теория должна проверяться на практике — в ходе экспериментов либо наблюдений. Понятно, что в астрономии опыты поставить невозможно, и значит, все надежды можно было возложить на наблюдения.
Как ответить на вопрос: действительно ли Вселенная расширяется либо сжимается согласно теории Фридмана или мир стационарен, как полагал Эйнштейн?
Мы уже обсуждали вопрос о том, что открытие не может быть сделано раньше своего времени. К двадцатым годам ХХ века такие возможности появились. С помощью новых мощных телескопов, в которые можно было увидеть далекие галактики, и с помощью совершенных спектрографов можно было получить спектры галактик и изучить, не проявляется ли в них эффект Доплера? Нет ли в спектрах галактик смещения линий Фраунгофера в синюю или в красную сторону? Напомним, что синее смещение говорит о присутствии компоненты скорости «к нам» (галактика приближается). Красное смещение свидетельствует о том, что есть компонента скорости, направленная «от нас», то есть галактика удаляется.
Башня стодюймового рефлектора обсерватории Маунт Вилсон в Калифорнии. Этот телескоп был крупнейшим в мире с 1917 по 1948 гг.
В минувшем веке было невозможно выполнить такие измерения, поскольку галактики — объекты из-за своей удаленности крайне слабые, а если тусклый свет далекой галактики к тому же еще и разложить в спектр, то шансов что-то увидеть практически не будет. Поэтому только новый мощный телескоп обсерватории Маунт Вилсон в США с зеркалом диаметром 2,5 метра смог впервые справиться с такой задачей и собрать достаточное количество света от далеких галактик, чтобы его (света) хватило для исследований спектра. Телескоп был оснащен
