Концепції сучасного природознавства - Бобильов Ю.П. - 2.1. Сучасна космологія і космогонія

З глибокої давнини і до початку XX ст. космос вважали незмінним. Зоряний світ уособлював собою абсолютний спокій, вічність і безмежну протяжність. Відкриття в 1929 р. вибухоподібного розбігання галактик, тобто швидкого розширення видимої частини Всесвіту, показало, що Всесвіт нестаціонарний. Екстраполюючи процес розширення в минуле, зробили висновок, що 15– 20 мільярдів років тому Всесвіт був розміщений у нескінченно малому об'ємі простору при нескінченно великій щільності й температурі речовини-випромінювання (цей вихідний стан називають "сингулярністю"), а весь нинішній Всесвіт скінченний – має обмежений об'єм і час існування.

Відлік часу життя такого Всесвіту, що еволюціонує, ведуть від моменту, коли, як думають, раптово порушився стан сингулярності й відбувся "Великий вибух". На думку більшості дослідників, сучасна теорія "Великого вибуху" (ТВВ) у цілому досить успішно описує еволюцію Всесвіту, починаючи приблизно з 10–44 секунди після початку розширення. Єдиним вразливим місцем у прекрасній споруді ТВВ вони вважають проблему Початку – фізичного опису сингулярность Однак і тут переважає оптимізм: очікують, що зі створенням "Теорії Всього Сущого", яка поєднає всі фундаментальні фізичні сили в єдину універсальну взаємодію, ця проблема буде автоматично вирішена. Тим самим створення моделі світобудови в найбільш загальних і істотних рисах благополучно завершиться.

Цей ентузіазм дуже нагадує настрої, що панували у фізиці на рубежі XIX–XX ст., коли здавалося, що зведення будинку точних наук в основному наближається до кінця й кілька "темних плям" (зокрема, проблема випромінювання "чорного тіла", з якої народилася квантова механіка) загальної картини не псують. Очевидно, надії, які поділяються нинішніми прихильниками ТВВ, такі ж ілюзорні.

15–20 мільярдів років – так визначає зараз наука вік Всесвіту. Коли людина не знала цієї цифри, вона не могла ставити питання, яке ставить сьогодні: що було до цієї дати? До цієї дати, стверджує сучасна космогонія, уся маса Всесвіту була стиснута, була втиснута в якусь точку, вихідну краплю космосу. Коли Всесвіт перебував у вихідному точковому стані, поруч, поза ним не існувало матерії, не було простору, не могло бути часу. Тому неможливо сказати, скільки це продовжувалося – мить чи незліченні мільярди років. Неможливо сказати не тільки тому, що нам це невідомо, а тому що не було ні років, ні митей – часу не було. Його не існувало поза точкою, у яку була стиснута вся маса Всесвіту, тому що поза нею не було ні матерії, ні простору. Часу не було, однак, і в самій точці, де він повинен був практично зупинитися.

Не обов'язково, щоб вихідна точка – те "космічне яйце", з якого народився Всесвіт, була заповнена надщільною матерією, мислима така космологічна схема, у якій Всесвіт не тільки логічно, але й фізично виникає з нічого, причому при строгому дотриманні всіх законів збереження. Ніщо (вакуум) виступає як основна субстанція, першооснова буття. У світлі нових космогонічних уявлень саме розуміння вакууму було переглянуто наукою. Вакуум – це особливий стан матерії, що вічно рухається і розвивається. На вихідних стадіях Всесвіту інтенсивне гравітаційне поле може породжувати частинки з вакууму.

І знову дивовижну аналогію цим уявленням сучасного знання ми знаходимо у стародавніх учених. Про перехід речовини в інший стан, навіть про "зникнення матерії" у момент загибелі Всесвіту згадував філософ і богослов Ориген (II–III ст. н. е.). Коли Всесвіт виникає знову, "матерія, – писав він, – знову одержує буття, утворюючи тіла".

Нам невідомо, чому, в силу яких причин цей вихідний, точковий стан був порушений і відбулося те, що позначається сьогодні словами "Великий вибух". Відповідно до сценарію дослідників, увесь спостережуваний тепер Всесвіт розміром у 10 мільярдів світлових років виник у результаті розширення, що продовжувалося всього 10–30 с. Розлітаючись, розширюючись в усі сторони, матерія відсувала безбуття, створюючи простір і почавши відлік часу.

Так бачить становлення Всесвіту сучасна космогонія. Якщо концепція про "Великий вибух" правильна, то він мав би залишити в космосі свого роду "слід", "луну". Такий "слід" було виявлено. Простір Всесвіту виявився пронизаним радіохвилями міліметрового діапазону, що розбігаються рівномірно в усіх напрямках. Це "реліктове випромінювання Всесвіту" і є слід надщільного, надрозпеченого її стану, що йде з минулого, коли не було ще ні зірок, ні туманностей, а матерія являла собою дозіркову, догалактичну плазму.

Теоретично концепція "розширного Всесвіту" була висунута відомим вченим О. О. Фрідманом у 1922–1924 pp. Через кілька десятиліть вона одержала практичне підтвердження в роботах американського астронома Е. Хаббла, котрий вивчав рух галактик. Хаббл виявив, що галактики стрімко розбігаються, йдучи за якимось імпульсом, заданим в момент "Великого вибуху". Якщо розбігання це не припиниться, буде продовжуватися необмежено, то відстань між космічними об'єктами буде зростати, прагнучи до нескінченності. За розрахунками Фрідмана, саме так повинна була б проходити подальша еволюція Всесвіту. Однак з однією умовою – якщо середня щільність маси Всесвіту виявиться меншою деякої критичної величини (ця величина становить приблизно три атоми на кубічний метр).

Деякий час тому дані, отримані американськими астрономами із супутника, що досліджував рентгенівське випромінювання далеких галактик, дозволили розрахувати середню щільність маси Всесвіту. Вона виявилася дуже близькою до тієї критичної маси, при якій розширення Всесвіту не може бути нескінченним. Вивчати Всесвіт за допомогою дослідження рентгенівських випромінювань довелося тому, що значна частина його речовини не сприймається оптично. Принаймні 50% маси нашої Галактики ми "не бачимо", писав журнал англійських учених "New Scientist". Про цю речовину, яку ми не сприймаємо, свідчать, зокрема, гравітаційні сили, що визначають рух нашої й інших галактик, рух зоряних систем. Речовина ця може існувати у вигляді "чорних дір", маса яких становить сотні мільйонів мас нашого Сонця, у вигляді нейтрино або інших якихось невідомих нам форм. Корони галактик, що не сприймаються нами, як і "чорні діри", можуть бути, вважає дехто, у 5–10 разів більші маси самих галактик.

Припущення, що маса Всесвіту значно більша, ніж прийнято вважати, знайшло нове дуже вагоме підтвердження в роботах фізиків. Ними були отримані перші дані про те, що один із трьох видів нейтрино має масу спокою. Якщо інші нейтрино мають ті ж характеристики, то маса нейтрино у Всесвіті в 100 разів більша, ніж маса звичайної речовини, що знаходиться в зірках і галактиках. Це відкриття дозволяє з більшою впевненістю говорити, що розширення Всесвіту буде продовжуватися лише до деякого моменту, після якого процес повернеться назад – галактики почнуть зближатися, стягуючись знову в деяку точку. Услід за матерією буде стискуватися в точку простір. Відбудеться те, що астрономи позначають сьогодні словами "Стулення Всесвіту".

Чи помітимо ми або, скажімо, мешканці інших світів, що існують у космосі, стиск Всесвіту, початок страшного його повернення до первісного, споконвічного хаосу? Ні і ніколи. Занадто непорівнянні періоди життя розумних істот і навіть їхніх цивілізацій з епохами життя Всесвіту. Ми не можемо помітити повороту часу, що повинен відбутися, коли Всесвіт, досягши максимуму свого розбігу, почне стискуватися.

Поворот спливання часу у масштабах Всесвіту аналогічний такій же події, що відбувається на зірці, яка стискується, "колапсує". Умовний годинник, що знаходиться на поверхні такої зірки, спочатку має сповільнити свій хід, потім, коли стиск досягне критичного гравітаційного "горизонту подій", він зупиниться. Коли ж зірка "провалиться" з нашого простору-часу, умовні стрілки на умовному годиннику рушать у протилежну сторону – час піде назад. Але всього цього сам гіпотетичний спостерігач, що знаходиться на такій зірці, не помітить. Уповільнення, зупинку і зміну напрямку часу міг би сприйняти тільки той, хто спостерігає події ніби збоку, знаходиться поза системою, що "стуляється". Якщо наш Всесвіт єдиний і немає нічого поза ним – ні матерії, ні часу, ні простору, – то не може бути і погляду збоку, який міг би помітити, коли час змінить хід і потече назад.

Деякі учені вважають, що подія ця в нашому Всесвіті уже відбулася, галактики падають одна на одну, і Всесвіт вступив в епоху своєї загибелі. Існують математичні розрахунки й міркування, що підтверджують цю думку. Прихильники цієї точки зору згадують у цьому зв'язку одне з "темних місць" Платона. У діалозі "Політик" Платон говорить про час, що якось раптово "потік назад", про дивні космічні явища, що супроводжували цю подію. Багато століть це повідомлення не піддавалося розшифруванню, поки в сучасній космогонії не з'явилися дані, що дозволяють спробувати зрозуміти його з позицій сьогоднішнього знання.

Що станеться після того, як Всесвіт повернеться в деяку вихідну точку? Після цього почнеться новий цикл, відбудеться черговий "Великий вибух", праматерія рине в усі сторони, розсовуючи і створюючи простір, знову виникнуть галактики, зоряні скупчення, життя. Така, зокрема, космологічна модель американського астронома Дж. Віллера, модель Всесвіту, який поперемінно розширюється і "стуляється".

Відомий математик і логік Курт Гедель математично обґрунтував положення, що за певних умов наш Всесвіт дійсно повинен повертатися до своєї вихідної точки для того, щоб потім знову зробити той же цикл, завершуючи його новим поверненням до вихідного свого стану. Цим розрахункам відповідає і модель англійського астронома П. Девіса, модель "пульсуючого Всесвіту". Але що важливо – Всесвіт Девіса містить у собі замкнуті лінії часу, інакше кажучи, час у ній рухається по колу. Число виникнень і загибелі, що переживає Всесвіт, нескінченне.

І знову – свідчення минулого. За тисячі років до того, як сучасне логічно витримане, раціональне знання прийшло до цієї картини світу, подібне уявлення стійко існувало у свідомості стародавньої людини. Всесвіт, писав шумерський філософ і жрець Бероуз (III ст. н. е.), періодично знищується і потім відтворюється знову. З давнього Шумеру ця концепція прийшла в еллінський світ, Рим, Візантію.

А як уявляє собі загибель Всесвіту сучасна космогонія? Відомий американський фізик С. Вайнберг описує це так. Після початку стиску протягом тисяч і мільйонів років не відбудеться нічого, що могло б викликати тривогу наших віддалених нащадків. Однак, коли Всесвіт стиснеться до 1/100 теперішнього розміру, нічне небо буде виливати на Землю стільки ж тепла, скільки сьогодні денне. Потім через 70 мільйонів років Всесвіт скоротиться ще в десять разів і тоді "наші нащадки (якщо вони будуть) побачать небо нестерпно яскравим". Ще через 700 років космічна температура досягне десяти мільйонів градусів, зірки і планети почнуть перетворюватися в "космічний суп" з випромінювання, електронів і ядер. Після стиску до точки, після того, що ми іменуємо загибеллю Всесвіту (але що, може, зовсім і не загибель для неї), починається новий цикл.

Згадаймо, ми вже говорили про реліктове випромінювання, луну "Великого вибуху", який породив наш Всесвіт. Це випромінювання, виявляється, приходить не тільки з минулого, але і "з майбутнього"! Це відблиск "світової пожежі", що виходить від наступного циклу, в якому народжується новий Всесвіт. Температура реліктового випромінювання, що спостерігається сьогодні, на 3° вище абсолютного нуля. Це і є температура "електромагнітної зірки", що знаменує народження нового Всесвіту.

Реліктове випромінювання – чи тільки воно пронизує наш світ, приходячи ніби з двох боків – з минулого і прийдешнього? Чи тільки це? Матерія, з якої складається світ, Всесвіт і ми, можливо, несе в собі деяку інформацію. Дослідники з деякою умовністю, але говорять уже про "внутрішній досвід", свого роду "пам'ять" молекул, атомів, елементарних частинок. Атоми вуглецю, що побував у живих істотах, "біогенні". Якщо у момент сходження Всесвіту в точку матерія не зникає, то не зникає, не знищується й інформація, яку вона несе. Наш світ заповнений нею, як він заповнений матерією, з якої складається.

Всесвіт, що прийде на зміну нашому, чи буде він його повторенням? Цілком можливо, відповідають деякі космологи. Зовсім не обов'язково, заперечують інші.

Немає ніяких фізичних обґрунтувань, вважає, наприклад, доктор Р. Дік з Прінстонського університету, щоб кожного разу в момент утворення Всесвіту фізичні закономірності були ті ж, що й у момент початку нашого циклу. Якщо ж ці закономірності будуть відрізнятися навіть найнезначнішим чином, то зірки не зможуть згодом створити важкі елементи, включаючи вуглець, з якого побудоване життя. Цикл за циклом Всесвіт може виникати і знищуватися, не зародивши ні іскорки життя. Така одна з точок зору. Її можна було б назвати точкою зору "переривчастості буття". Воно переривчасте, навіть якщо в новому Всесвіті і виникає життя: ніякі нитки не зв'язують її з минулим циклом.

За іншою точкою зору, навпаки, "Всесвіт пам'ятає всю свою передісторію, як би далеко (навіть нескінченно далеко) у минуле вона не йшла".