Происхождение вселенной, ее строение, постоянно возникающие в ней изменения и законы этих изменений всегда интересовал) человека. Столетиями накапливала наука факты. Изучение движения отдельных звезд установило существование взаимной связи законов их движения. Это привело к выводу, что все видимые звезды, в том числе и Солнце, входят в гигантскую единую систему. Она была названа Галактикой. Но позже выяснилось, что существует бесконечно много подобных звездных систем — галактик.
Все эти галактики, объединяемые общим понятием вселенная, разделены невообразимо большими расстояниями. Расстояния от нашей Галактики до самых близких из подобных ей систем измеряются миллионами и десятками миллионов световых лет.

Но наука требовала не только изучить законы, управляющие движением звездных систем в пространстве и времени. Ставилась задача еще более грандиозная и трудная — выяснить законы развития не только известных, но и не обнаруженных еще звездных систем. Все это хорошо вязалось с материалистическими понятиями о бесконечности вселенной, бесконечности и в пространстве и во времени.

ТЕОРИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ, разработанная великим физиком нашего времени Альбертом Эйнштейном, явилась ванным шагом на пути и решению этой задачи. Теория эта очень сложна в математическом отношении, но некоторые положения ее можно, однако, достаточна просто объяснить. Одним из таких положений является искривление пространства вблизи материальных тел.

Это означает, что в непосредственной близости от материальных тел с очень большой массой Евклидова геометрия неприменима. Да-да… в этом случае кратчайшим расстоянием между двумя точками будет кривая. И чем больше масса тела и чем ближе к нему мы находимся, тем значительней искривление пространства.
Чтобы убедиться в этом на практике, астрономы воспользовались светом. Как известно из «земных» наблюдений, свет в одной и той же среде распространяется всегда прямолинейно. Но вот первые же точные астрономические измерения, проведенные во время солнечного затмения в 1919 году, показали, что это вовсе не так. Свет далеких звезд, проходя близ Солнца, искривляет свой путь, правда, очень мало, всего лишь на 2 угловые секунды. Но теория Эйнштейна предсказала для искривления пути света, проходящего мимо Солнца, именно такую величину!

Искривление пути света ничтожно потому, что масса Солнца по космическим масштабам, конечно, невелика. Но ведь в видимой области вселенной существует много звездных систем, каждая из которых состоит из многих-многих миллиардов солнц.

И, быть может, эти миллиарды солнц будут действовать на луч света так сильно, что он сможет «уйти в сторону», что он не вырвется из занимаемою ими пространства. Тогда луч света, выйдя из своего источника, опишет замкнутую линию и вернется обратно в источник, но только с противоположной стороны. Значит, по искривлению пути света можно судить о распределении в пространстве небесных тел! Так был сделан Первый Шаг.

ВТОРОЙ ШАГ В ИЗУЧЕНИИ ВСЕЛЕННОЙ был сделан советским математиком А. А. Фридманам, Исследуя уравнения Эйнштейна, связывающие величину искривления пространства с массой находящихся в нем тел. он пришел к выводу: для всего наблюдаемого нами мира кривизна пространства должна изменяться со временем, а именно — уменьшаться.
Почему же может уменьшаться это искривление пространства? За счет уменьшения общей массы небесных тел или за счет их взаимного удаления? Первое невозможно, так как масса никуда не исчезает.

Остается взаимное удаление небесных тел, или. иначе говоря, расширение мира». Но что расширяется — вся вселенная или иге ограниченная ее часть, та область, которую мы наблюдаем в телескопы! Сведения ос этом пока нам может дать только луч света. При расширении вселенной он, очевидно, уйдет в бесконечное пространство. Во втором же случае луч света уже не выйдет за пределы некоторого замкнутого объема. Этот объем должен представлять собой сферу чудовищно большого, но все же не бесконечного радиуса. Фридман помазал, что замкнутая светом область вселенной не может расширяться безгранично, а только до определенных пределов. После этого она начнет уже сжиматься тоже до известных пределов, затем это сжатие вновь сменится расширением и так далее — возникнут своего рода «пульсации».

ЗАМКНУТЫЙ МИР
Эта картина многим казалась вначале совершенно нелепой. После средневековых представлений о неподвижном и ограниченном в пространстве мире астрономы с трудом привыкали к бесконечности мира. А теперь, не когда эта бесконечность окончательно воцарилась в их головах, вдруг явился ученый, осмелившийся снова «замкнуть» мин Но ведь Фридман не имел в виду «настоящую» замкнутость, а только замкнутость пути светового луча. Его гипотеза говорила астрономам:
— Вы открываете новые, все более далекие звездные системы: некоторые из них находятся на расстоянии до двух миллиардов световых лет от вас. Огромные расстояния, ничего не скажешь. Но, может быть, радиус той огромной сферы, какой мы представляем себе нашу «замкнутую» область вселенной, еще больше? По нашим, правда, не очень точным данным, он примерно втрое больше, так что вы просто еще не добрались до «границы». Стройте еще более мощные телескопы. и тогда, может быть .. может быть, вы уже не сможете открыть новых, еще более далеких объектов на небе! Вы зададите вопрос: а что же дальше, за этой границей? Мы этого не знаем, и вот почему.

Луч света не сможет выйти за пределы замкнутой области вселенной, но по той же причине никакой луч света не сможет и войти через эту границу. За ней существуют другие замкнутые области вселенной, из которых тоже не выходит ни один луч света. Пока, однако, единственным источником сведений об удаленных звездных системах является именно свет, и поэтому о существовании других замкнутых «миров* вселенной мы ничего сказать не сможем. Вполне вероятно, что вы. астрономы, в будущем откроете иные вестники далеких миров, нежели свет, и тогда мы сможем ответить на ваш вопрос более определенно…

«КРАСНОЕ СМЕЩЕНИЕ»
Работы Фридмана были опубликованы в 1922 году. Это были весьма отвлеченные теоретические исследования. Даже сам Фридман не раз говорил, что для их проверни пока не хватает данных непосредственных астрономических наблюдений. Проверка казалась делом далекого будущего. Но прошло только два года, и теория расширяющегося мира получил совершенно неожиданное подтверждение. В 1924 году американский астроном Хаббл начал фотографирование спектров излучения весьма далеких звездных систем с помощью величайшего в то время двухсполовиннометрового телескопа. На первых же снимках он обнаружил «красное смещение линий спектров.

Что же такое «красное смещение»! Находясь на платформе полустанка, мимо которого проносится поезд, можно заметить, что тон его свистка. когда поезд, промчавшись мимо наблюдателя, начинает удаляться, понижается. С приближением поезда звуковые волны как бы настигают друг друга, а с удалением, наоборот, отстают одна от другой. От этого меняется частота воспринимаемого звука, а значит, и его тон высота. Это так называемое явление Допплера. В конце XIX вена замечательный русский астроном А. А. Бело-польский на опыте доказал, что то же самое происходит и со светом — при движении источника его к нам или От нас частота световых волн также меняется.

Предположим, что звезда все время находится на постоянном расстоянии от Земли. В этом случае спектры всех элементов, входящих в ее состав, будут точно такими же. как и спектры этих элементов, полученные в земных условиях. Если же звезда удаляется от наблюдателя, то все линии ее спектра сместятся в сторону красной (более длинноволновой) части спектра, а если она приближается, то в сторону синей. Чем быстрее движется звезда к нам или от нас, тем заметнее этот сдвиг линий спектра. Наличие этого сдвига, получившего название «красного смещения»), подтверждало, что видимая нами часть вселенной действительно расширяется.

ГИПОТЕЗА ХАББЛА
Хаббл выдвинул такое предположение. Несколько миллиардов лет назад видимая область вселенной, простирающаяся сейчас на невообразимо огромные расстояния, занимала сравнительно небольшой объем. Вещество в нем находилось под действием температур в миллиарды градусов и давлений в сотни миллиардов атмосфер. Естественно, вещество не могло пребывать в таком состоянии сколько-нибудь длительное время (конечно, в космических масштабах: в земных — это время могло составить многие тысячи и даже миллионы лет). Наступил момент, когда силы взаимного отталкивании частиц вещества превысили силы притяжения, удерживавшие их внутри этого объема. Тогда произошел чудовищной силы взрыв, и куски вещества разлетелись во все стороны с огромными скоростями, близкими к скорости света. Часть из них в результате последовательного распада дала начало звездам. Отдельные звезды тоже распадались, выбрасывая в мировое пространство огромные количества вещества, которое, распыляясь еще более, образовало а конце концов очень разреженный и сравнительно холодный межзвездный газ.

Со временем скорости взаимного разлетания кусков вещества начали уменьшаться. Уменьшение было вызвано силами взаимного притяжения, действующими даже между очень далекими друг от друга звездными системами. Это подтверждается и спектрами звезд: чем ближе к нам звездные системы, то есть чем с меньшими запозданиями мы видим их, тем меньше у них «красное смещение».

Когда же мог произойти этот необычный взрыв!
Наблюдения Хаббла показывали, что между скоростью удаления звездной системы и расстоянием до нее существует прямая пропорциональность. Однако скорость не может увеличиваться беспредельно. По теории относительности никакое тело не может иметь скорость выше скорости света. Если предположить, что прямая пропорциональность сохраняется вплоть до таких скоростей, нетрудно найти время, протекшее с момента взрыва: оно составит примерно 6 миллиардов лет.

Но самое замечательное заключается в том, что примерно к такой же цифре мы приходим, оценивая возраст небесных тел (например. Земли. Солнца) в видимой области вселенной.

Гипотеза Хаббла не только объясняет расширение нашей области вселенной, но вместе с тем подтверждает и ее замкнутость. В самом деле, если первые “куски” исходного объема, будущие звездные системы, образовались 6 миллиардов лет назад, то к настоящему времени они удалились только на расстояние в 6 миллиардов световых лет. и более удаленных систем астрономы, конечно, не найдут. Итак, значение радиуса той огромной сферы, в которой теория Фридмана позволяет представить наш мир, оказывается порядка 6 миллиардов световых лет.

ПУЛЬСИРУЮЩИЙ КОСМОС
По мере разлетания “кусков” нашего мира скорость их уменьшается благодаря действию сил всемирного тяготения. Что же будет, когда скорость разлетания звездных систем снизится до нуля? Силы взаимного притяжения тел будут действовать по-прежнему, и взаимное удаление звездных систем перейдет в их сближение.

И здесь надо подчеркнуть, что ни о каком «божественном сотворении» подобного пульсирующего мира не может быть и речи. Материя, постоянно находящаяся в движении», — так говорит о вселенной гипотеза Хаббла. Это замечание тем более уместно, что воинствующие философы-идеалисты и католическая церковь на Западе ухватились за гипотезу космического взрыва и пытаются с ее помощью доказать, что господь сотворил вселенную именно шесть миллиардов лет назад.

Мы рассказали о некоторых исключительно интересных выводах из новой теории развитии мира, которое как будто бы подтвердило малозначительное на первый взгляд явлении «красного смещении». Но можно ли с абсолютной уверенностью принять вывод, что мир, в котором мы живем, является замкнутым? Можно ли категорически отвергнуть первую возможность, указанную Фридманом — именно, что расширяется в пространстве вся вселенная?

В науке очень редко можно твердо сказать «да» или «нет». Точно так же обстоит дело и с вопросом о замкнутости нашего мира. Мы уже ВИДЕЛИ, что замкнутость и незамкнутость связаны со степенью искр -пленил путей луча света, которая определяется массой небесных тел, точнее, плотностью их вещества. Ученые подсчитали, что рубеж, отделяющий замкнутый мир от незамкнутого, — это область плотности вещества, соответствующая одному-десяти атомам водорода в кубическом дециметре. Эта величина исключительно мала, но ее значение таково, что если плотность окажется хоть немного меньше этой величины, луч света безвозвратно уйдет в мировое пространство, и наша область вселенной не будет замкнутой.

К сожалению, самые точные астрономические исследования дают величины плотности, соответствующие как раз этому рубежу, и определенного ответа дать нельзя. В этом вопроса могло бы оказать помощь исследование точного вида зависимости между скоростью разлетания звездных систем и расстоянием до них. Ко и здесь природа упорно охраняет тайну: на сравнительно небольших расстояниях (в сотни миллионов световых лет!) для обоих возможностей эта зависимость имеет совершенно одинаковый вид — прямую пропорциональность. Расхождения начинаются только в области расстояний порядка миллиарда световых лет, где пока что измерены с огромными трудностями только восемнадцать звездных систем. Но, увы. точность, с которой произведены эти измерения, самая высокая в наше время, все же настолько недостаточна, что и в этом случае мы не можем сделать выбор. Вопрос пока остается открытым.

В самое последнее время наука получила новое мощное средство исследования самых удаленных звездных миров — радиоастрономию. Радиоастрономические измерения обнаружили “красное смещение” в области радиоволн, поразительно хорошо согласующееся с таким же смещением в видимых спектрах. Не менее важно и то, что чувствительность приборов для улавливания «небесных* радиоволн — радиотелескопов — уже сегодня превосходит чувствительность наиболее мощных оптических телескопов.
Это позволит уже в ближайшее время добраться до «границы» наблюдаемой области вселенной, если она есть, и перейти ее, «ели предположение о ней неправильно, и тем самым подтвердить или отвергнуть теорию замкнутой области вселенной — эту смелую попытку описать огромный мир космоса.

Скептики ставили под вопрос вообще явление «красного смещения» и заявляли, что наблюдения -го глубоко ошибочны, что никакого «красного смещения» вообще нет, а есть своего рода «оптический обман», состоящий в том, что сдвиг линий в спектрах этих звездных систем «создается» самой измерительной аппаратурой.
Развитие науки опровергло эти утверждения. «Красное смещение» оказалось полной реальностью. Но скептицизм остался: если «красном смещении» неповинен прибор, то, может быть, причиной его является опять же не движение звездных систем, а само пространство, которое проходит луч света, пока от источника он не попадет к земному наблюдателю?

Эта мысль не являлась новей. Еще Белопольский предполагал, что свет звезд, идущий до Земли многие тысячи и миллионы лет, на пороге «стареет».
Ведь межзвездное пространство хоть и весьма разрежено, но все же не пусто, и в конечном счете на пути луча света ему бы встретилось колоссальное число атомов и их составных частей — электродов и ядер.

Возможно, “красное смещение” — результат рассеяния света в межзвездном пространстве — сходно с «покраснением» цвета солнца на заре (из-за насыщенности атмосферы мелкими пылинками). Отсюда, казалось бы. можно сделать вывод, что более «удобная» н «понятная» гипотеза «старения» света должка восторжествовать над гипотезой расширяющегося мира. Но… эта удобная гипотеза, увы. сразу же сталкивается с рядом серьезных неудобств.

Во-первых, лучи света, рассеиваясь, заметно меняют свое направление. Простой расчет показывает, что. если луч света претерпевал бы такое рассеяние по дороге от туманностей к Земле, он отклонился бы от своего первоначального направления на столь большие углы, что изображение туманности в телескопе представляло бы уже не микроскопическое пятнышко, а широкое пятно. Изображение звездной системе имело бы при этом по меньшей мере размеры Солнца. Это, мак известно, никогда не наблюдается.

Во-вторых, недавно удалась установить, что «красное смещение» не является «монополией» только видимого света звездных систем: «красное смешение» испытывают и радиоволны, приходящие от тех же небесных тел (см. рис.). Но если рассеяние света в межзвездных пространствах еще и имеет какую-то вероятность, то предположить рассеяние радиоволн о космосе совсем уже трудно. Более того, смещение длин воли видимого света и радиоволн, испущенных одним и тем же объектом, дает для скорости его удаления поразительно согласующиеся значения: значит, если во всем “виновата” межзвездная среда, то и должны быть одинаковыми процессы рассеяния света и радиоволн. А допустить это не только трудно, но попросту невозможно.

Эти два довода уже в значительной мере лишают гипотезу «старения» света своей привлекательности. Пройдет немного лет, и факты заставят принять определенную точку зрения на явление «красного смещения», И кто бы ни оказался прав в этом увлекательном споре, в выигрыше останется все же паука.

Автор В. Рыдник
Журнал “Юный техник” №10-59г.

—————————
Обучение за рубежом хорошая возможность повысить свой профессиональный уровень и получить практический опыт в изучении иностранного языка.