<< Пред. стр. 21 (из 55) След. >>
Список литературы по разделу
Накопленный человечеством научный и практический опыт в
области земной и небесной механики показывает, что движения
планет относительно Солнца, самого Солнца относительно
Галактики, а также множества звездных систем и галактик
относительно друг друга осуществляются под действием двух видов
сил -- сил гравитационного притяжения тел (сил всемирного
тяготения) и сил инерции масс этих тел. Если бы силы инерции
отсутствовали, то все небесные тела под действием всемирного
тяготения слились бы в единое "тело". Однако, как известно из
повседневного опыта, Луна не падает на Землю, Земля не падает
на Солнце и т. д., а все они движутся относительно друг друга
по различным орбитам, сохраняя в любой момент времени условие
динамического равновесия сил гравитационного притяжения и сил
инерции. Этот всеобщий для всей Вселенной закон механики
приводит к тому, что галактики вращаются не только вокруг своих
центров масс, но и относительно друг друга, а следовательно,
вращается и вся Метагалактика. Подобное вращение звездного неба
с угловой скоростью порядка 10--5 угловой секунды в год
наблюдается экспериментально. Где бы ни находился наблюдатель в
пределах Метагалактики, он мог бы обнаружить такое вращение
звездного неба экспериментальным путем. Таким образом, и земной
житель тоже является участником вращения Метагалактики. Что же
он увидит, рассматривая излучение далеких звезд и галактик?
Представим пространство за пределами Метагалактики,
содержащее огромное множество звезд и галактик, связанных между
собой силами всемирного тяготения. Это пространство вращается
как единое целое, наподобие огромного дискообразного тела,
благодаря чему силы всемирного тяготения уравновешиваются
силами инерции небесных тел (центробежные силы), не давая
возможности этим телам слиться в одно общее тело. В какой-то
произвольной части этого пространства находится наблюдатель
(точка А), а на расстоянии R от него -- небесное тело В,
излучающее во все стороны потоки света (рис. 65).
Вследствие вращения Метагалактики с угловой скоростью w
линия АВ также вращается с той же угловой скоростью. Окружная
скорость V точки В относительно точки А будет равна V=wR, а
направление вектора будет перпендикулярно линии АВ. Если
небесное тело излучает свет во все стороны со скоростью света
С, то в направлении наблюдателя скорость потока фотонов должна
складываться. Следовательно, скорость светового потока С1 будет
меньше скорости излучения С, что вызовет доплеровский эффект,
сопровождаемый красным смещением в спектре света,
воспринимаемого наблюдателем. В рассматриваемом примере
расстояние АВ не меняется, а причиной наблюдаемого красного
смещения выступает вращение Метагалактики. Чем больше R, тем
значительнее возрастает поперечная составляющая скорости V (при
постоянной величине угловой скорости w).
Можно представить себе и предельное значение R, при
котором скорость V будет достигать величины скорости света С. В
этом случае С1=0, и свет, излучаемый небесным телом, не будет
достигать наблюдателя. По существу, из этого условия может быть
найдена граница видимой части Метагалактики, далее которой
наблюдатель не сможет увидеть небесные тела, поскольку свет от
них не доходит до него. Учитывая значение w=10--4 угловой
секунды в год и V=С, получим предельное расстояние R=Rпред до
границ видимой части Метагалактики порядка 1,8Ч1028 см (около
19 миллиардов световых лет). В данной связи разрешается и так
называемый фотометрический парадокс, согласно которому ночное
небо в случае бесконечного числа звезд должно выглядеть как
раскаленное Солнце. В действительности согласно рассмотренной
модели в пределах видимой части Метагалактики наблюдается
ограниченное число звезд и галактик, вследствие чего ночное
небо слабо освещено.
В рассмотренной модели вращающейся Вселенной существуют
периферийные области, близкие к границам видимой части
Метагалактики, в которых свет от небесных тел доходит до
наблюдателя с весьма малой скоростью. Характеристики подобных
световых потоков, идущих со всех сторон от периферийных
областей Метагалактики, полностью соответствуют "реликтовым"
излучениям, обнаруженным в космическом пространстве. Таким
образом, для выяснения природы излучения достаточно рассмотреть
особенности распространения света в Метагалактике, основываясь
на известных законах небесной механики*.
* См.: Демин В.Н., Селезнев В.П. Мироздание постигая:
Несколько диалогов между философом и естествоиспытателем о
современной научной картине мира. М., 1989. С. 241--244.
Профессор Селезнев, несомненно, прав. Остается сделать
общий вывод. При решении актуальных проблем современной науки
только целостное философско-космистское осмысление обеспечивает
глубоко интегрированное проникновение в саму сущность
объективных закономерностей, выражающихся в первую очередь в
неразрывном единстве макро- и микрокосмических аспектов
природной и социальной действительности. В общем и целом это
совпадает с основными направлениями развития современного
естествознания, связанными с естественно-математическим
обоснованием таких концептуальных феноменов, как единая теория
поля, "великое объединение" фундаментальных взаимодействий,
различные модели физического вакуума и др. При этом философские
принципы космизма вооружают исследователей апробированной
методологией, помогающей в определении правильности выбора
теоретических приоритетов.
ВПЕРЕД -- К АБСУРДУ!
"Большого взрыва" современным теоретикам показалось мало,
чтобы окончательно запутать картину Вселенной. Именно так!
Раньше наука стремилась к простоте понимания мира. Теперь же ее
идеал -- запутанный клубок проблем, порождающих другие
проблемы. Так, в качестве развития экзотических релятивистских
моделей стали предлагаться не менее экстравагантные их
продолжения и следствия. Одним из них явилась теория так
называемых космических струн. Послушаем одного из ее
разработчиков и пропагандистов.
Вселенная довольно неоднородна: звезды собраны в
галактики, а галактики в свою очередь образуют скопления. С
течением времени Вселенная становится все более клочковатой по
мере того, как гравитационная сила скоплений галактик
притягивает галактики из соседних областей. В современных
теориях образования галактик предполагается, что в прошлом
Вселенная была гораздо более однородной, чем сейчас, и что все
галактики и скопления галактик выросли из небольших флуктуаций,
существовавших на фоне почти однородного распределения
вещества. Следствия из этих теорий изучались очень подробно, но
среди множества вопросов выделяется один фундаментальный: что
это за флуктуации и откуда они появились?
Обратимся к космическим струнам -- экзотическим невидимым
образованиям, порожденным теориями элементарных частиц. Струны
-- это нити, оставшиеся от вещества только что родившейся
Вселенной. Они невероятно плотные и подвижные: перемешаются со
скоростью света и искривляют пространство вокруг себя.
Появившиеся в первую секунду от начала расширения Вселенной,
струны образуют запутанные клубки, при бесконечном растяжении
которых возникают петли. Эти петли энергично колеблются и в
процессе колебаний постепенно рассеивают свою энергию.
Никто не может с уверенностью сказать, что струны есть,
но если они существуют, то это, как полагают многие физики,
могло бы объяснить клочковатость распределения вещества во
Вселенной. Очень массивные петли могли бы создавать
гравитационное притяжение достаточно сильное, чтобы зарождались
галактики и скопления галактик. Однако такие петли долго не
существуют, так что, если даже когда-то во Вселенной их было
много, к настоящему времени большинство из них исчезло.
Менее массивные струны могли бы существовать и до сих
пор, но пока они не обнаружены. И все же, приложив достаточно
усилий и использовав самую чувствительную аппаратуру, астрономы
могли бы опровергнуть или подтвердить гипотезу о существовании
космических струн в течение нескольких лет. Поиск космических
струн связан с большими ожиданиями, поскольку их обнаружение
откроет путь к основам строения вещества и тайне рождения
Вселенной. Чтобы разобраться в этом, необходимо рассмотреть
само понятие струн как в физике элементарных частиц, так и в
космологии.
Поскольку Вселенная, согласно релятивистской теории струн,
родилась из нулевой точки не менее 15 миллиардов лет назад в
результате Большого взрыва, постольку она продолжает
расширяться и в настоящее время: далекие галактики движутся от
Земли с очень большими скоростями. Привлекая данные
астрономических наблюдений и законы физики элементарных частиц,
ученые могут восстановить историю Вселенной в прошлом вплоть до
момента, когда возраст Вселенной составлял долю секунды от
начала Большого взрыва. Тогда не существовало галактик, звезд и
даже атомов. Вселенная представляла собой просто гигантский
плотный горячий шар из таких частиц, как электроны и фотоны.
Природа частиц и их взаимодействие определяются вакуумом.
Для физиков вакуум -- это состояние с минимальной энергией,
достигаемое при отсутствии каких-либо частиц. Связь между
элементарными частицами и вакуумом подобна связи между
звуковыми волнами и веществом, в котором эти волны
распространяются: типы волн и скорость их распространения
различны в разных средах. Поскольку характеристики вакуума не
всегда были неизменными, свойства и взаимодействия элементарных
частиц также менялись.
Вначале вакуум обладал неимоверно большой энергией и
характеризовался высокой степенью симметрии. Другими словами,
не существовало различия между силами взаимодействия
элементарных частиц. Электромагнитные, слабые и сильные ядерные
силы проявлялись всего лишь как части единого взаимодействия. В
настоящее время энергия вакуума равна нулю и фундаментальные
силы различаются по величине и типу, так что очень мало
осталось от их первоначального единства. Каким же образом была
нарушена исходная симметрия?
По мере того как Вселенная расширялась и охлаждалась
после Большого взрыва, вакуум проходил через быструю
последовательность изменений, называемых фазовыми переходами.
Наиболее известны фазовые переходы, которые происходят в воде
при ее охлаждении, когда она переходит из пара в жидкость и,
наконец, в лед. Фазовые переходы можно описывать также в
терминах нарушения симметрии: они часто переводят симметричные
состояния в несимметричные. Например, кристалл -- менее
симметричное состояние по сравнению с жидкостью, поскольку
жидкость "выглядит одинаковой" во всех направлениях, тогда как
в кристаллической решетке различные направления не
эквивалентны.
Никто не знает точно, сколько фазовых переходов произошло
в "молодом" вакууме. Однако все они должны были протекать в
течение первой секунды от начала расширения Вселенной. Так же,
как и фазовые переходы в обычных средах, космологические
фазовые переходы приводят к образованию дефектов. Внутри
дефектов симметрия не нарушена, и ранний, более молодой вакуум
остался в них как в ловушках. Различные теории элементарных
частиц предполагают разные виды дефектов. Согласно некоторым
теориям, дефекты должны существовать в виде поверхностей, в
других -- предсказываются линии или точки. Эти типы дефектов
называют соответственно стенками доменов, струнами и
монополями.
Таким образом, космические струны являются всего лишь
одним из трех возможных типов "разрывов" в свойствах вакуума.
Почему же в теории образования галактик выделяются именно они?
Как это ни странно, но одна из причин заключается в том, что
струны не так ярко себя проявляют, как другие типы дефектов. В
соответствии с эйнштейновским соотношением между массой и
энергией высокоэнергетический вакуум должен обладать огромной
массой. Поэтому дефекты могут оказывать чрезвычайно сильное
влияние на эволюцию Вселенной. В настоящее время
одна-единственная стенка домена, простирающаяся в современной
Вселенной, может иметь гораздо большую массу, чем все вещество
во Вселенной вместе взятое, и привести к большему окучиванию
галактик, чем это есть на самом деле. Хотя одиночный монополь
может "ускользнуть" от регистрации, теории предсказывают
существование монополей в огромном количестве. Если бы они
существовали, то Вселенная буквально "кишела" бы ими, и не
заметить их было невозможно. Тем не менее ни стенки доменов, ни
монополи не обнаружены.
Космические струны также никто не видел, но физики и не
считают, что их можно непосредственно наблюдать. Первая работа,
посвященная космическим струнам, была написана в середине
1970-х годов английским космологом Т. Кибблом. Он исследовал,
как струны могли бы образоваться в ранней Вселенной, и в работе
1976 года обсуждал некоторые вопросы их эволюции. В России
данную проблему активно разрабатывал Я.Б. Зельдович. Он считал,
что с помощью струн можно было бы объяснить клочковатость
распределения вещества во Вселенной. Физические свойства струн
оказались очень привлекательными и уникальными. Теория
космических струн быстро стала как бы центром притяжения для
физиков, подобно тому как сами струны якобы являются центром
притяжения для звезд и галактик. На читателей обрушилась целая
лавина работ по космическим струнам, хотя до сих пор не найдено
прямое эмпирическое доказательство их существования. Но даже
при отсутствии эмпирических данных физики смогли воссоздать
более чем странные контуры свойств космических струн. Некоторые
их свойства зависят от конкретной теории элементарных частиц,
предсказывающей эти свойства, тогда как другие особенности
являются общими для всех теорий.
Космические струны представляют собой тонкие трубки из
симметричного высокоэнергетического вакуума. У них нет концов,
они либо образуют замкнутые кольца, либо простираются до
бесконечности. С точки зрения физики сущность струн
определяется энергией вакуума, который в них заключен. Струны с
наиболее симметричным вакуумом, в котором все виды
взаимодействий -- сильное, слабое и электромагнитное --
объединены в одно, наиболее тонкие и массивные. Это -- самые
интересные объекты для космологии, поскольку именно они могли
бы приводить к образованию галактик. Толщина этих струн равна
примерно 10-30 см. Они поразительно массивны: один сантиметр
такой струны должен весить 1016 тонн. Натяжение в струнах под
стать их массе. Это натяжение заставляет замкнутые петли из
струн энергично осциллировать со скоростью, близкой к скорости
света. Например, кольцо длиной в световой год совершит одно
колебание за время, чуть большее года. (Мера длины один
световой год -- это расстояние, которое проходит свет за один
год)*.
Итак, еще одна экстравагантная гипотеза. Но сколь бы ни
выглядела правдоподобной и привлекательной изложенная выше в
общих чертах ультрасовременная концепция космических струн,
следует относиться к ней трезво, отдавая полный отчет, что
перед нами всего лишь очередное (старое, как мир!)
овеществление математических отношений (то есть
систематизированных в виде формул абстрактных понятий),
наподобие уже рассмотренной выше субстанциализированной
кривизны.
КАК РОЖДАЮТСЯ, ЖИВУТ И УМИРАЮТ ЗВЕЗДЫ
Если вдруг задаться вопросом: какие небесные объекты более
всего подходят на роль символа Вселенной, то, скорее всего,
первыми на ум придут звезды. Именно их, по словам Эсхила,
"владык лучистых неба", не сговариваясь, наверняка назовут
многие люди -- во все века, во всех народах. Крупнейшему
древнеримскому мыслителю-стоику и драматургу Сенеке принадлежит
не менее удачный образ. Он высказался так: если бы на Земле
имелось только одно-единственное место, откуда бы наблюдались
звезды, то туда непрерывным потоком отовсюду стекались бы люди.
Согласно естественно-научным представлениям, звезды --
основной строительный материал Мироздания. Давно просчитано,
что почти 97-98% всего вещества Вселенной сосредоточено в
звездах. Таким образом, они - главные хранители физической
массы. Остальное вещество приходится на межзвездную
газо-пылевую среду, которая, как долгое время полагали,
является либо продуктом, порожденным звездами, либо материей,
из которой образовались небесные тела. Осталось только
выяснить, как все это увязано с "Великой пустотой" - физическим
вакуумом.
В начале книги уже приводились слова Канта, назвавшего
звездное небо над нами одним из двух величайших чудес света
(второе -- моральный закон внутри нас).
Полночных солнц к себе нас манят светы...
В колодцах труб пытливый тонет взгляд.
Алмазный бег вселенные стремят:
Системы звезд, туманности, планеты,
От Альфы Пса до Веги и от Бэты
Медведицы до трепетных Плеяд -
Они простор небесный бороздят,
Творят во тьме свершенья и обеты.
О, пыль миров! О, рой священных пчел!
Я исследил, измерил, взвесил, счел,
Дал имена, составил карты, сметы...
<< Пред. стр. 21 (из 55) След. >>
Список литературы по разделу