Пульсирующая Вселенная - Николай Николаевич Горькавый

промежуточного пространства, вновь разбросает и рассеет эти элементы в том же огромном пространстве, которое они занимали до первоначального формирования природы, чтобы затем, когда сила центрального огня из-за почти полного рассеяния его массы уменьшится, сочетанием притягательных и отталкивающих сил повторить с не меньшей закономерностью прежние образования и присущие системам движения и породить новое мироздание».

Для Канта Вселенная была бесконечной, заполненной множеством млечных путей, нестационарной и даже расширяющейся. Она характеризуется как самоорганизацией, так и ростом хаоса. Вселенная Канта обладала способностью к самовосстановлению после разрушения и была бесконечна во времени. По Канту, пульсирующая Вселенная при сжатии разогревается так, что расщепляет вещество на мельчайшие элементы, после чего взрывается, разбрасывая эти частицы по огромному пространству. Расширяясь, Вселенная остывает, останавливается и снова сжимается, разогреваясь. Космологические рассуждения Канта, несущие на себе ограниченность знаний XVIII века, тем не менее поражают своей интеллектуальной силой, правильно описывая основные особенности современной циклической модели Вселенной, обсуждаемой в нашей книге.

1.2. Весто Слайфер и разлет галактик (1912–1914)

Теперь, после открытия красного смещения света, приходящего от внегалактических туманностей, у нас... есть все основания утверждать, что Вселенная отнюдь не является статической.

Р. Толмен (1934)

Весто Мелвин Слайфер (1875–1969), скромный сын фермера, начал работать в частной обсерватории Персиваля Лоуэлла в 1901 году, после окончания университета. За несколько лет Слайфер овладел спектрографией и измерил скорости вращения Марса, Юпитера, Сатурна и Урана и доказал, что Венера вращается очень медленно, а Марс имеет в атмосфере слабые следы водяного пара. В 1909 году Лоуэлл предложил Слайферу получить спектры светлых спиральных туманностей, видимых среди звезд нашей Галактики, и измерить скорость движения этих расплывчатых пятен. Их природа была неясна: некоторые астрономы полагали, что они являются далекими внегалактическими объектами, другие считали, что это внутригалактические туманности, закрученные спиралями вокруг отдельных звезд. Свет таких туманностей был слишком слаб, чтобы его можно было поймать обычным спектрографом. Слайфер решил переделать спектрограф и выбросил из него все призмы, кроме одной, а также поставил в шесть раз более светосильную фотокамеру. При такой конструкции прибора спектральные линии так сближались, что их приходилось изучать с помощью микроскопа. Зато получившийся спектрограф накапливал спектр объекта в двести раз быстрее оригинального инструмента. 17 сентября 1912 года Слайфер получил первый спектр Туманности Андромеды — самой крупной из списка возможных объектов наблюдений. Экспозиция снимка заняла почти семь часов. В ноябре и декабре Слайфер снял еще два спектра с экспозицией в 14 и 13 с половиной часов. В середине декабря Слайфер приступил к изучению полученных спектров и с удивлением обнаружил, что они значительно смещены в фиолетовую сторону. Если это смещение вызвано скоростью Андромеды и эффектом Доплера, то это означало, что Андромеда движется в сторону Земли с большой скоростью. Слайфер решил проверить эти странные данные и к январю получил четвертый спектр Андромеды. В январе 1913 года Слайфер начал детально исследовать все четыре полученных спектра и убедился, что Туманность Андромеды летит к Земле с огромной скоростью в триста километров в секунду. Это был ошеломляющий результат, потому что обычная скорость движения звезд относительно Земли составляла десятки километров в секунду. Такие же скорости должны были иметь спиральные туманности, если они являются «украшением» вокруг звезд. Если же Туманность Андромеды — большое внегалактическое скопление звезд, то таким космическим объектам полагалось, по общему мнению, еще медленнее плавать в пространстве — как крупным китам в океане.

Из результатов Слайфера следовало, что Туманность Андромеды не может принадлежать к нашей Галактике, потому что гравитационное поле Млечного Пути не способно удержать в своих пределах такие быстрые объекты. Но если Туманность Андромеды — внегалактический объект, то его скорость переворачивала все традиционные представления о космосе. К лету 1914 года Слайфер измерил спектры пятнадцати туманностей и доложил о своих результатах на августовском собрании Американского астрономического общества. Только три туманности, включая Андромеду, приближались к Млечному Пути; остальные двенадцать туманностей двигались от Земли, то есть разбегались в разные стороны. После окончания доклада весь зал встал и устроил Слайферу овацию. Вместе с другими астрономами ему аплодировал и Эдвин Хаббл (1889–1953) — молодой студент, которого только что приняли в ряды Астрономического общества. Всем ученым стало понятно то, в чем был уверен Кант еще в 1755 году: туманности — это такие же галактики, как и наш Млечный Путь (см. илл. 1 и 2). Но что заставляет их разбегаться в разные стороны?

В апреле 1917 года Слайфер выступил на конференции в Филадельфии. К тому времени он измерил скорости 25 галактик и только четыре из них двигались к Солнцу — остальные убегали от него, отчего их спектры смещались в красную сторону. Слайфер заключил, что это выглядит так, словно галактики отчего-то рассеиваются в пространстве. Результаты Слайфера были революционными: они убедили астрономов в том, что Вселенная на много порядков больше Млечного Пути и состоит из множества галактик, которые разбегаются в разные стороны с огромными скоростями. Стала очевидной необходимость кардинального пересмотра взглядов на Вселенную, потому что механика Ньютона не могла объяснить такой разлет галактик.

Настало время нестационарной Вселенной, которое предвидел Иммануил Кант.

Глава 2. Общая теория относительности и пульсирующая космология в 1915–1965 годах

Этот иностранец более широко и более опасно, чем любой другой революционер на земле, распространяет смущение и беспорядок, сомнение и неверие и... содействует беззаконному смятению к расшатыванию как Церкви, так и Государства — и оставляет... законы природы и принципы науки в смущении и беспорядке.

Миссис Фросингем, 1932, Женская патриотическая лига. (Из досье ФБР. Цитируется по книге Ф. Джерома «Досье Эйнштейна», 2002)

Второе десятилетие XX века ознаменовалось революцией в мировой физике: в 1915 году Альберт Эйнштейн (1879–1955) в Берлине записал релятивистские уравнения общей теории относительности (ОТО), которые включили в себя не только все достижения ньютоновской гравитации, но и объяснили аномальную прецессию Меркурия, перед которой формулы Ньютона были бессильны. Космология вступила в новую бурную эпоху.

2.1. Альберт Эйнштейн, ОТО и замкнутая Вселенная с Λ-членом (1915–1917)

Никогда не выдвигалось ни одного приемлемого описания физических явлений, сравнимого с эйнштейновской теорией по простоте и широте охвата.

Ч. Мизнер, К. Торн и Дж. Уилер, «Гравитация», 1977

Знаменитый ньютоновский закон тяготения является решением уравнения Пуассона. Уравнение Пуассона в ньютоновской теории гравитации связывало гравитационный потенциал с плотностью гравитирующей материи. В традиционной записи уравнения Пуассона слева располагалась сумма вторых пространственных производных от потенциала, а справа — плотность