Страницы истории науки и техники

Кириллин Владимир Алексеевич

В 1965 г. американские астрономы А. Пензиас и Р. Вилсон сделали с помощью радиотелескопа — устройства, предназначенного для приема радиоизлучения космических объектов и имеющего очень большое значение в астрономии, — открытие большой важности. Они установили, что во Вселенной имеется так называемое фоновое радиоизлучение, названное И. С. Шкловским реликтовым. Это — теперь общепринятое — название оказалось удачным реликтовое [332] : радиоизлучение не возникает во Вселенной в настоящее время, оно образовалось на раннем этапе ее существования, когда Вселенной было всего лишь около 3 млн. лет и ее излучение отвечало нагретому приблизительно до 4000 К телу. Именно при 4000 К водород перестает быть ионизированным и заполняющее Вселенную излучение становится уже более не связанным с веществом. По расчетам, теперь реликтовое излучение, интенсивность которого все время снижалась и температура падала, должно было бы иметь около 3–3,5 К. Именно такому излучателю соответствует обнаруженное фоновое излучение. Важно

также отметить, что это излучение идет как бы из любой точки Вселенной, а не от какой-либо звезды или галактики.

332

Реликт (от лат. relictum — остаток) — явление, организм, сохранившийся как пережиток минувших эпох.

Два экспериментально установленных положения: расширение Вселенной и реликтовое излучение — являются убедительными доводами в пользу так называемой стандартной модели происхождения Вселенной (иногда вместо слов «стандартная модель происхождения Вселенной» говорят «теория „большого взрыва“»), ставшей теперь — вероятно, можно так сказать — общепризнанной.

До утверждения стандартной модели существовала так называемая теория стационарного состояния, согласно которой Вселенная всегда была почти такой, какой мы видим ее сейчас. Но факты отвергают такую точку зрения. Вот что пишет по этому вопросу И. С. Шкловский: «Современная наука о Вселенной — астрономия — вся насквозь эволюционна. Не всегда так было. Только развитие нашей науки, потребовавшее огромных усилий от ее творцов, привело к эволюционному взгляду на Вселенную, причем не в плане умозрительных заключений, а на основе строгого анализа фактов. В XVIII, XIX и даже в первой половине XX столетия астрономия была статичной, застывшей. Изучались с большой точностью движения планет и комет, модели звездных атмосфер, их химический состав. И это, конечно, было очень важно. Но истинная картина меняющейся, поражающей многообразием явлений, богатой „скачками“ и взрывами Вселенной стала ясной астрономам только в последние четверть века. Этот период «бури и натиска» по справедливости может быть назван „революцией в астрономии“. В первую треть нашего века аналогичную революцию пережила физика. Сейчас мы являемся свидетелями революционного взрыва в биологии. Вместе с последней астрономия сейчас находится в авангарде наук о природе» [333] .

333

Шкловский И. С. Вселенная, жизнь, разум, с. 99.

О стандартной модели происхождения Вселенной в этой книге но необходимости будет сказано очень кратко. Очень благоприятной оказалась возможность проследить развитие Вселенной, так сказать, в обратную сторону, т. е„имея представление о расширяющейся Вселенной, попробовать «вернуться» возможно дальше назад. Хотя такое предприятие было далеко не простым, но все же оно оказалось успешным.

По современным представлениям, дело обстояло так: «Вначале был взрыв. Не такой взрыв, который знаком нам на Земле и который начинается из определенного места и затем распространяется, захватывая все больше и больше пространства, а взрыв, который произошел одновременно везде, заполнив с самого начала все пространство, причем каждая частица материи устремилась прочь от любой другой частицы. В этом контексте „все пространство“ может означать либо все пространство бесконечной Вселенной, либо все пространство конечной Вселенной, которое замкнуто на себя, как поверхность сферы. Каждую из этих возможностей нелегко постичь, но это нам не помешает: оказывается, что на историю ранней Вселенной не влияет, является ли пространство конечным или бесконечным» [334] .

334

Вайнберг С. Первые три минуты. Современный взгляд на происхождение Вселенной, с. 12.

Сразу же может возникнуть вопрос: не является ли этот взрыв началом всего, другой интерпретацией сотворения мира? Нет, конечно. Просто у науки нет пока никаких оснований, чтобы судить о том, как происходила эволюция Вселенной до взрыва. А она, конечно, происходила. Кроме того, не следует забывать, что под словом Вселенная понимается часть мира, доступная нашему наблюдению и изучению.

Всего лишь через одну сотую секунды после взрыва Вселенная имела температуру порядка 100 000 миллионов К (10¹¹ К). При такой высокой температуре (выше температуры центра самой горячей звезды) молекулы, атомы и даже ядра атомов существовать не могут. Вещество Вселенной пребывало в виде элементарных частиц, среди которых преобладали электроны, позитроны, нейтрино, фотоны, а также в относительно малом количестве протоны и нейтроны. Плотность вещества Вселенной, спустя 0,01 с после взрыва, несмотря на очень высокую температуру, была огромной — в 4000 миллионов раз (4·10⁹ раз) больше, чем у воды.

В конце первых трех минут после взрыва температура вещества Вселенной, непрерывно снижаясь, достигла 1 млрд, градусов (10⁹ К). Плотность вещества также снизилась, но еще была близкой к плотности воды. При этой, хотя еще очень высокой, температуре начали образовываться ядра атомов, в частности ядра тяжелого водорода (дейтерия) и ядра гелия. Однако вещество Вселенной в конце первых трех минут состояло в основном из фотонов, нейтрино и антинейтрино.

Только по истечении нескольких сотен тысяч лет начали образовываться атомы, главным образом водорода и гелия. Силы гравитации превращали газ в сгустки, ставшие материалом для возникновения галактик и звезд.

Конечно, обрисованную очень краткими словами стандартную модель происхождения Вселенной нельзя еще считать имеющей достаточно прочное основание. «Мы предпочли бы, — пишет Вайнберг, — теорию, логическая неизбежность которой была бы более очевидной» [335] .

Следует заметить, что американский физик-теоретик (родившийся в России) Георгий Антонович Гамов (1904–1968) разработал теорию, согласно которой Вселенная вначале была очень горячей.

Как следует из сказанного, за последние примерно 30 лет достигнуты весьма значительные результаты в отношении изучения звезд, галактик и даже Вселенной и их эволюции. Напротив, в изучении происхождения Солнечной системы результаты значительно скромнее. И это не должно вызывать удивления. Действительно, астрономы, обладающие очень хорошей техникой наблюдения (оптическими и радиотелескопами, а за последнее время средствами наблюдения космических аппаратов), имеют возможность исследовать многочисленные небесные тела, находящиеся на разных стадиях эволюции. Что касается планетных систем, то астрономы вынуждены ограничиться наблюдениями нашей собственной Солнечной системы, находящейся на определенной ступени своей эволюции. Более того, хотя астрономы полагают, по крайней мере большинство из них, что во Вселенной, кроме Солнечной системы, существуют другие планетные системы, но прямыми опытными доказательствами этого они не располагают.

335

Там же, с. 15.

Попытки определить происхождение Солнечной системы предпринимались очень давно. Не заглядывая очень далеко в глубь времен, скажем кратко о некоторых из них. Мы хотим вместе с читателем вспомнить уже называвшихся ранее выдающихся ученых — Канта и Лапласа. Согласно теории Канта, Солнце и планеты Солнечной системы образовались из холодной пылевой туманности, причем сначала возникло Солнце, а вслед за тем планеты. В отличие от теории Канта Лаплас считал (Лаплас создал свою теорию позднее Канта и независимо от пего), что Солнечная система образовалась из горячей газовой, быстро вращающейся туманности, причем сначала появились планеты, а затем Солнце. Нет необходимости на страницах этой книги сколько-нибудь подробно останавливаться на этих теориях, объединенных позднее общим названием гипотезы Канта — Лапласа. Дело в том, что эта гипотеза не может объяснить установленного впоследствии факта — оказалось, что около 98 % момента количества движения Солнечной системы сосредоточено в планетах, в то время как на долю Солнца приходится всего лишь 2 %, хотя масса всех планет Солнечной системы, вместе взятых, составляет только 0,15 % от массы собственно Солнца.

Определенным этапом в развитии взглядов на образование Солнечной системы была гипотеза английского астрофизика Джеймса Хопвуда Джинса (1877–1946). Он считал, что планеты образовались в результате катастрофы: какая-то относительно большая звезда прошла совсем близко от уже существовавшего Солнца, следствием чего явился выброс из поверхностных слоев Солнца струи газа, из которого впоследствии образовались планеты. Но гипотеза Джинса, так же как и гипотеза Канта-Лапласа, не может объяснить несоответствие в распределении момента количества движения между планетами и Солнцем. Кроме того, столкновение Солнца с какой-либо звездой является чрезвычайно маловероятным событием.

Из наблюдений астрономов следует, что звезды вращаются вокруг своей оси с весьма различной скоростью. Так, например, наше Солнце очень «тихоходное», оно вращается с экваториальной скоростью 2 км/с. Многие же другие звезды вращаются с экваториальной скоростью, в 200 раз большей. Быстрее других звезд вращаются массивные горячие звезды, а желтые и красные карлики, наоборот, вращаются очень медленно.

Известный шведский астрофизик, основоположник магнитной гидродинамики Ханнес Алъфвен (р. 1908) выдвинул идею о том, что в передаче количества движения от звезд к планетам важную роль играет магнитное поле. В 1958 г. английский астрофизик Фред Хойл (р. 1915) выдвинул планетную космогоническую гипотезу, в которой были использованы идеи Альфвена.

Хотя некоторые гипотезы о происхождении Солнзчной планетной системы, по-видимому, разделяются большинством астрономов (например, гипотезы о резком снижении момента количества движения звезды на определенном этапе ее развития; о возможности взаимосвязанности этого явления с возникновением планет; об участии магнитного поля в передаче момента количества движения от звезды к планетам; о последующем после возникновения разогреве планет за счет радиоактивного распада некоторых веществ внутри планеты [336] и др.), тем не менее пока еще не существует достаточно убедительной гипотезы происхождения планетных систем. В существующих по этому вопросу гипотезах имеются противоречия и недостаточно ясные места.

336

Кстати говоря, этот процесс в настоящее время продолжается внутри Земли, вследствие чего Земля (хотя и очень слабо) разогревается.