|
|
|
БЕСКОНЕЧНАЯ ОДНОРОДНАЯ ВСЕЛЕННАЯ: ЗА И ПРОТИВ
Ретроспективный взгляд на историю развития астрономии выявляет ее тесную связь с физикой. Как верно подметил выдающийся шведский физик Г. Алъвен, "астрономические открытия нередко определяли направление физических исследований; в свою очередь успехи физических наук во многом способствовали развитию астрономии". Свидетельство тому и подтверждение - гигантские открытия в области физики, которыми ознаменовано начало XX века, и последовавшие вслед за тем не менее грандиозные открытия в области астрономии.
Начнем, пожалуй, с физики. В 1900 году Макс Планк доказал дискретный (разрывный) характер излучения. Дискретные порции энергии впоследствии получили название квантов. Новация Планка ознаменовала рождение квантовой теории, совершившей подлинную революцию в физике. Классическая физика в противоположность современной физике ныне означает "физика от Планка". Позиции квантовой теории укрепились в 1905 году, когда Альберт Эйнштейн воспользовался понятием фотона - - кванта электромагнитного излучения - для объяснения фотоэлектрического эффекта. Эйнштейн предположил, что свет обладает двойственной природой: он может вести себя и как волна (в чем нас убеждает вся предыдущая физика), и как частица (о чем свидетельствует фотоэлектрический эффект). Еще одно подтверждение потенциальной мощи введенной Планком новации поступило в 1913 году от Нилъса Бора, применившего квантовую теорию к строению атома. В 1923-1926 годах трудами Луи де Бройля, Эрвина Шредингера, Вернера Гейзенберга и других ученых была создана квантовая механика, легшая в основу описания процессов, происходящих в мире атомов и элементарных частиц.
На фоне этих достижений перемены, происходившие в астрономии, поначалу могли показаться гораздо более скромными.
РАСХОЖДЕНИЯ ВО ВЗГЛЯДАХ НА ВСЕЛЕННУЮ ПРОДОЛЖАЮТСЯ
К началу XX века астрономы, пользовавшиеся постоянно совершенствовавшимися телескопами,
а также методами спектрального анализа, позволившими изучать химический состав, физическое строение звезд и их движение по лучу зрения, уже точно знали, что Млечный Путь (или Галактика, как чаще называют эту гигантскую звездную систему) - это довольно плоский диск, состоящий из мириадов самых различных звезд: звезд-гигантов, звезд-карликов, двойных и кратных звезд, звездных скоплений. Встречались в Галактике и другие объекты: облака светящегося газа, клочья облаков из пыли и некие непонятные расплывчатые "туманности" спиральной или эллиптической формы. При этом предполагалось, что Галактика заключает в себе всю Вселенную, то есть Вселенная - конечна.
Что же касается непосредственно нашей Солнечной системы, то она, согласно результатам все тех же наблюдений, располагалась вблизи центральной плоскости диска Галактики. Именно по этой причине Млечный Путь кажется узкой полоской в ночном небе. При этом сам диск простирается примерно на одинаковые расстояния независимо от того, в каком направлении смотреть.
На этом основании некоторые астрономы сделали вывод, что Солнце находится в самом центре Галактики, ведь результаты астрономических наблюдений указывали именно на это! Тем не менее большинство ученых придерживались иного мнения. Не могли они забыть урок, преподнесенный когда-то Коперником. Слишком уж урок этот был впечатляющ... Как?! Солнце - вновь центр мироздания?! Ну и, соответственно, Земля вместе с ним... Нет, такое трудно было себе представить. Тем более если известно, что Солнце -- средняя, обычная во всех отношениях звезда, каких в Галактике -- великое множество. Разве может она претендовать на главенствующее место в мироздании?!
НЕПРИМИРИМЫЕ ОППОНЕНТЫ. ИХ ПРАВОТА И ОШИБКИ
Таково было положение вещей, когда за дело взялся американский астроном Харлоу Шепли (1885-1972), сумевший установить истинное положение Солнечной системы в Галактике. Сделал он это 10-х-20-х годах XX века.
Шепли заметил, что некоторые гигантские звездные скопления - - шаровые скопления -слагались в гигантский шар, центр которого находился лишь в одном секторе Млечного Пути -в направлении созвездия Стрельца,/Чем же объясняется именно такое расположение шаровых скоплений? Шепли счел логичным предположить, что эти скопления группируются вокруг центра тяжести Галактики, как планеты группируются вокруг Солнца, центра тяжести Солнечной системы. В таком случае центр Галактики расположен очень далеко от Солнца и Солнечная система находится на окраине Галактики, а вовсе не в ее середине.
Утверждая, что Солнце расположено на окраине Млечного Пути, Шепли был, безусловно, прав. Его ошибка заключалась в другом: вслед за многими астрономами он придерживался мнения, что Млечный Путь заключает в себе всю Вселенную.
Достойного оппонента Шепли нашел в лице другого американского астронома - Хебера Кер-тиса (1872-1942). Взгляды Кертиса были диамет-
рально противоположны взглядам Шепли как по первому пункту (место Солнечной системы в Галактике), так и по второму (конечность Галактики, то бишь - Вселенной).
Так вот, Кертис считал, что Солнце действительно находится в центре Млечного Пути, зато сам Млечный Путь (или Галактика) - всего лишь одна из галактик, заполняющих бесконечную Вселенную. Что же касается непонятных расплывчатых объектов спиральной или эллиптической формы, то они-то как раз и являются другими галактиками. И это его утверждение вскоре было доказано в обсерватории Маунт-Вилсон, где в 1917 году вступил в строй 2,5-метровый телескоп. С помощью этого мощнейшего по тем временам телескопа было установлено, что расплывчатые "туманности" являются звездными галактиками, очень похожими на нашу, но расположенными на чудовищных расстояниях от нас.
КОСМОЛОГИЧЕСКИЙ ПРИНЦИП
Как видите, каждый из астрономов был прав в одном вопросе и сделал неверное заключение в другом. Теперь мы знаем, что Солнце действительно находится на окраине Млечного Пути (так считал Шепли), но сам Млечный Путь и в самом деле всего лишь одна из галактик бесконечной Вселенной (такого мнения придерживался Кертис), а вернее, той ее доступной наблюдениям области, которую мы теперь называем Метагалактикой. Точных размеров Метагалактики назвать нельзя. Ни в одном направлении астрономы не могут достичь ее границ. Но в любом случае размеры эти исчисляются миллиардами световых лет, и состоит Метагалактика, возможно, из 1010 (десяти миллиардов) галактик.
Приступив к изучению строения метагалакти-ческой системы, ученые приблизились к границам человеческого познания. И в то же время вплотную подошли к проблемам космологии - вершине научного поиска, которую известный американский ученый Уильям Корлисс довольно удачно определил как науку, "рисующую самые грандиозные картины самыми разбавленными красками". По его авторитетному мнению, "эта в высшей степени умозрительная дисциплина имеет дело с началами и концами, размерами Вселенной, ее ритмом и структурой и с законами, описывающими движение целых галактик и мельчайших атомов межзвездного газа".
Общие представления о строении Вселенной складывались на протяжении всей истории астрономии. Этому вопросу мы уже уделили достаточно внимания. И все же считаем нелишним вновь вернуться на несколько столетий назад, к тому времени, когда великий Ньютон открыл закон всемирного тяготения, действующий в любой части космоса, доступной нашим наблюдениям. Этот же закон стал одним из краеугольных камней современной космологии, поскольку Ньютон, как истинный гений, мыслил в масштабах космических, а потому применил свой закон к тысячам и миллионам звезд.
Исходя из закона всемирного тяготения, Ньютон пришел к выводу, что в пространстве звезды должны распределяться более или менее равномерно. Любое другое распределение было бы неустойчивым, поскольку местная концентрация звезд должна быстро собраться в единую массу. Крайние звезды скопления будут притягиваться внутрь ввиду того, что их внешние соседи не смогут оказать противодействие этому притяжению.
В знаменитой переписке с кембриджским филологом Ричардом Бентли Ньютон утверждал, что если бы материя Вселенной была равномерно распределена в конечной области, то она вся должна была бы стремиться упасть к центру "и в результате образовалась бы одна большая сферическая масса". Напротив, если бы материя была равномерно рассеяна в бесконечном пространстве, то не было бы центра, к которому она могла бы падать. В этом случае материя могла бы соединяться в бесконечное число сгустков, рассеянных по Вселенной. Ньютон предположил, что именно это могло быть причиной происхождения Солнца и звезд.
Размышления подобного рода приводят к выводу о бесконечности Вселенной в пространстве. Ведь если бы Вселенная все-таки имела какую-то гипотетическую внешнюю границу, то в таком случае она была бы просто громадным скоплением звезд, которые рано или поздно должны будут притянуться к центру.
Из этого рассуждения вытекают два основных понятия, существующие в современной космологии, а именно:
Вселенная бесконечна.
Вселенная изотропна и однородна, материя в ней распределена равномерно. (Для справки: изотропия - - предполагаемое свойство Вселенной, заключающееся в том, что для типичного наблюдателя она выглядит одинаково во всех направлениях; однородность предполагаемое свойство Вселенной, заключающееся в том, что в любой данный момент времени она выглядит одинаково для всех типичных наблюдателей, где бы они ни находились.)
Английский астрофизик Эдвард Артур Милн (1896-1950), впервые выдвинувший гипотезу о том, что Вселенная повсюду одинакова, назвал ее космологическим принципом. (Конечно, космологический принцип - это только предположение. Однако убедительных доказательств его ошибочности пока что не найдено.)
Но если допустить, что Вселенная бесконечна и равномерно заполнена звездами, то такой вывод приводит к проблеме, впервые замеченной немецким астрономом Генрихом Вильгельмом Матеу-сом Ольберсом (1758-1840). С тех пор эта проблема известна под названием парадокса Олъберса. Суть же его такова.
|
|
|
|
|