По следам бесконечности

Физика и астрофизика не допускают на этот счет никаких кривотолков в духе вмешательства «высшего разума» и «высшей воли». Хотя нельзя еще точно сказать, какая именно материальная форма предшествовала исходному сверхплотному сгустку, однако уже имеющихся в распоряжении науки данных вполне достаточно для принципиального вывода о том, что это была именно материальная форма. Более того, существуют и конкретные предположения на этот счет. Так, некоторые физики и астрофизики считают, что такой «изначальной формой» мог быть физический вакуум. Во всяком случае уже известно, что вакуум представляет собой особую форму материи, способную рождать частицы в полном соответствии с законом сохранения материи и движения.
Таким образом, современная астрофизика не только «нащупывает» все более ранние и скрытые формы материи, не только выявляет новые возможности их взаимопревращения, не только вскрывает все более глубокие естественные взаимосвязи между различными явлениями и сторонами материального мира, но и дает нам убедительные свидетельства его единства, отсутствия каких бы то ни было сверхъестественных сил, стоящих над материей.
Вернемся, однако, к истории развития «теории расширения». Ее популярность быстро росла. В известной степени способствовали этому общедоступные книги о расширении Вселенной, написанные сперва английским ученым Артуром Эдингтоном, а затем американским физиком Георгом Гамовым.
Гамов не просто популярно изложил известные вещи. Пытаясь решить проблему происхождения химических элементов, он в 1948 году построил свою собственную концепцию «горячей Вселенной». По его мысли, первичный сгусток вещества — илем — представлял собой массу водорода, сжатого до такой степени, что электроны были вдавлены в протоны, а образовавшиеся в результате нейтроны оказались спрессованными до предела при очень высокой температуре. Распад и последующее расширение илема, которое Гамов попытался проследить стадия за стадией, и привели к образованию Метагалактики. Отличительной особенностью гипотезы Гамова является предположение о том, что на начальном этапе расширения плотность излучения во много раз превосходила плотность вещества. Вообще говоря, эта идея высказывалась и раньше, но только Гамов и его ученик Альфер осуществили серьезное физическое исследование подобной ситуации.
Согласно теории «горячей Вселенной», на одном из ранних этапов расширения должно было возникнуть коротковолновое электромагнитное излучение, постепенно заполнившее все мировое пространство.
Это излучение, названное реликтовым, было обнаружено американскими физиками А. Пенциасом и Р. Вилсоном в 1965 году. Открытие реликтового излучения стало очень важным экспериментальным подтверждением расширения Метагалактики.
Ко всему сказанному следует добавить: из общей теории относительности следует также, что геометрия пространства может меняться со временем еще и в результате распространения так называемых гравитационных волн, источниками которых могут служить колебания масс, космические взрывы и другие явления, происходящие в глубинах Вселенной.
Сейчас многие физики и астрофизики заняты поисками гравитационного излучения. Есть и сообщения о первых успехах. Но они еще нуждаются в тщательной и всесторонней проверке. И только после этого можно будет делать какие-либо определенные выводы.
Правда, гравитационные волны, если даже они и в самом деле существуют, несут с собой ничтожную энергию. Но доказательство самого факта их существования бесспорно имело бы принципиальное значение.
  
Развенчание парадоксов
 
Общая теория относительности и теория расширяющейся Вселенной были не только принципиально новым шагом в понимании геометрии мира. Они освободили космологию от назревавших в «классические времена» неразрешимых парадоксов, в чем-то напоминающих знаменитые парадоксы теории множеств.
Еще в конце прошлого столетия немецкий ученый Зеелигер пришел к довольно любопытному выводу, вошедшему в историю науки под названием «гравитационного парадокса».
Как известно, согласно закону всемирного тяготения Ньютона все тела притягиваются друг к другу с силой, прямо пропорциональной произведению их масс и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними.
Но если Вселенная бесконечна и однородна, то, как следует из довольно простого подсчета, энергия взаимодействия любого тела со всеми остальными массами Вселенной окажется бесконечной, а сила его взаимодействия с этими массами — неопределенной.
Грубо говоря, в бесконечной Вселенной на каждую частицу должна действовать равнодействующая двух бесконечно больших сил притяжения. А разность двух бесконечностей и есть неопределенность.
Но, очевидно, в такой Вселенной не было бы никакой однозначности и, по существу, в ней не действовали бы никакие законы природы.
Однако ничего подобного в действительности не наблюдается.
Еще в XIX веке была предпринята попытка устранить гравитационный парадокс с помощью предположения о том, что ньютоновский закон тяготения справедлив лишь для сравнительно малых космических областей, а с увеличением масштаба сила тяготения ослабевает значительно быстрей, чем этого требует формула Ньютона. С этой целью к ней добавляли специальный дополнительный множитель.
Но все дело в том, что эта поправка к закону тяготения вводилась чисто умозрительно, без какого-либо экспериментального основания.
— Опыт показывает, — заметил по- этому поводу известный советский физик Давид Альбертович Франк-Каменецкий, — что такая примитивная коррекция привычных представлений для применения к повой области никогда еще в истории науки не приводила к успеху.
Еще одно противоречие между реальным положением вещей и ньютоновской бесконечной однородной Вселенной с бесконечным количеством звезд подметил в свое время швейцарский астроном Жан Филипп Шезо.
— Если количество звезд во Вселенной бесконечно, — задумался Шезо, — то почему все небо не сверкает, как поверхность единой звезды?
Сам он находил на этот вполне законный вопрос единственный ответ: скорее всего свет дальних звезд заслоняют от нас облака космической пыли.
Дальнейшая история этого знаменитого парадокса связана с именем астронома-любителя (что случается не так уж часто), богатого и преуспевающего бременского врача Генриха Ольберса.
Вновь поставив, и притом независимо от Шезо, волновавший швейцарского ученого вопрос о том, почему ночное небо черное, Ольберс пришел к выводу, что и пылевые облака не спасают положения.
Проблема, над которой размышляли Шезо и Ольберс, сыграла немалую роль в развитии научных представлений о Вселенной. Она вошла в историю астрономии под названием фотометрического парадокса. Состоит он, строго говоря, в следующем.
Если в бесконечной Вселенной равномерно рассеяны звезды, которые в среднем излучают приблизительно одинаковое количество света, то, независимо от того, сгруппированы они в галактики или нет, они должны покрыть своими дисками всю небесную сферу. И куда бы мы ни направили свой взор, он почти наверняка рано или поздно натолкнется на какую-нибудь звезду.
Известно, что интенсивность видимого света звезд уменьшается пропорционально квадрату расстояния. Но это уменьшение в такой же степени компенсируется увеличением числа звезд, попадающих в поле нашего зрения.
Иными словами, каждый участок звездного неба, казалось бы, должен светиться как участок диска Солнца. Со всех сторон на нас должен обрушиваться ослепительный жаркий поток света с температурой около 6 тысяч градусов, почти в 200 тысяч раз превосходящий поток солнечного света. Между тем ночное небо черное и холодное. В чем же тут дело?
Любопытно отметить, что еще Аристотель — об этом сообщает в своих «Диалогах» Джордано Бруно — описывал ситуацию, весьма сходную с фотометрическим парадоксом. Если бы мир был бесконечным, рассуждал Аристотель, то должны были бы существовать «бесконечные частные огни». И хотя каждый из них был бы конечным, тот огонь, который явился бы, в результате должен был быть бесконечным. Именно на этом основании Аристотель и приходил к заключению о конечности мира.