Страницы истории науки и техники - Кириллин Владимир Алексеевич - Страница 95

Если же под действием огромных гравитационных сил центральная область звезды будет сжата до величины гравитационного радиуса (для Солнца, например, гравитационный радиус равен всего лишь 3 км, а для Земли — только 0,9 см), то образуется так называемая черная дыра — сфера, в которой поле тяготения столь велико, что никакое излучение или частицы не могут выйти из этой сферы.

В 1967 г. были открыты пульсары — космические тела, являющиеся источниками радиоизлучения. Это излучение носит импульсный характер, причем импульсы повторяются через очень короткие промежутки времени: от долей секунды до нескольких секунд. Две причины обусловливают импульсный характер излучения пульсаров: во-первых, способностью излучать обладает не вся поверхность пульсара, а только ее активная область; во-вторых, быстрое вращение пульсара вокруг своей собственной оси. Пульсары относят к разряду нейтронных звезд.

В 1963 г. были открыты новые астрономические объекты, находящиеся вне пределов нашей Галактики и получившие название квазаров. По величине эффекта Доплера можно утверждать, что квазары удаляются от нашей Галактики с огромными скоростями, порядка 100–200 тыс. км/с. Из этого следует (напоминаем, что, чем больше скорость «удаления», тем больше расстояние), что квазары находятся от нас на огромном расстоянии — большем, чем другие наблюдаемые небесные объекты. Можно также сделать вывод, что квазары обладают чрезвычайно большой излучательной способностью, во много десятков раз большей по сравнению с целыми галактиками. Это следует из того, что, несмотря на огромное расстояние, оказывается возможным наблюдать квазары. По сумме всех характеристик квазаров предполагается, что они представляют собой ядра особо удаленных от нас галактик, в которых происходят поражающие своей мощностью процессы, происхождение которых еще недостаточно ясно.

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.

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].

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].

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.