В чем же дело?
Главное - в физических тонкостях "взаимоотношения" Вселенной и создаваемого ею гравитационного поля. Последнее же, как это выяснилось уже после эпохального научного открытия А. Фридмана (расширения Вселенной), оказалось переменным. Между тем вывод классической науки о том, что любая замкнутая физическая система в ходе своей длительной эволюции неизбежно перейдет в состояние статистического равновесия, относится к системе, находящейся в стационарных (неизменных во времени) внешних условиях. Это во-первых.
Во-вторых, переменное гравитационное поле замкнутой системы с точки зрения теории тяготения Эйнштейна не
может уже рассматриваться составной частью системы (не будь это так, законы сохранения, образующие основу физической статистики, применительно ко Вселенной как целому потеряли бы всякий смысл); оно выступает по отношению ко Вселенной внешним, причем нестационарным условием. Коль скоро это так, Вселенную в целом нельзя считать изолированной (замкнутой) физической системой в принятом значении этого термина.
Вот почему применимость второго закона термодинамики в космологии не означает автоматического наступления во всей Вселенной статистического равновесия: нестационарной (расширяющейся) Вселенной не страшна угроза "тепловой смерти", ибо ей не суждено осуществиться когда-либо! Однако, как свидетельствует опыт одного из героев древнеиранских сказок, выпустить дэва из закупоренного кувшина гораздо легче, чем вновь загнать его туда...
И действительно, на светлом фоне последних теоретических достижений космологии опять видна тень идеи физической смерти Вселенной (правда, теперь уже не "тепловой", а "холодной"), идеи, казалось бы, давно похороненной на кладбище честолюбивых амбиций религиозно ориентированного человеческого сознания.
Относительно будущей судьбы наблюдаемой Вселенной фридмановская теория предлагает два сценария, выбор одного из которых зависит от среднего значения определенного, измеримого космологического параметра величины средней плотности космической материи в настоящую эпоху: последующее неограниченное во времени расширение или же сжатие после достижения максимального радиуса расширения с последующим возможным повторением всего эволюционного цикла (расширение - сжатие).
Так вот, говоря о тени идеи физической смерти Вселенной в новейшей космологии, мы имеем в виду те схемы
развития Вселенной, которые предсказывают неограниченное во времени расширение Метагалактики.
Долгое время эти космологические модели оставались математическими схемами, лишенными физической плоти и крови. Недавно их физической конкретизацией занялись известные теоретики (Ф. Дайсон, К. Ислам, С. Вайнберг, И. Шкловский и другие). Как оказалось, в весьма отдаленном будущем Вселенную ожидает "мучительнейший конец". Так, согласно выводам группы американских исследователей (Д. Айкус, Дж. Литоу, Д. Теплиц, В. Теплиц), рассчитавших развитие космической материи на период до 10'°° лет, эволюция пространственнооткрытой Вселенной должна пройти шесть этапов.
Спустя 10'^ лет (после начала ныне продолжающегося расширения) все звезды израсходуют свое ядерное горючее и погаснут (первый этап). Когда возраст Вселенной достигнет 10'^ лет, мертвые звезды останутся без своих планет (второй этап). Затем начнется "испарение" звезд из галактик; оставшееся же в галактиках вещество начнет сжиматься, а в конечном итоге образует сверхмассивные "черные дыры" (третий этап). В течение последующих лет распадутся все протоны, что, в свою очередь, приведет к нагреву холодных звезд, покинувших свои галактики (четвертый этап). Когда возраст Вселенной достигнет 10^ лет, распадется почти 40 процентов всего вещества (пятый этап). К 10^ годам во Вселенной останутся лишь разреженный электрон-позитронный газ, нейтрино и фотоны, а также сверхмассивные "черные дыры". Когда же возраст Вселенной достигнет 10'°° лет, то в процессы необратимого разложения будут вовлечены и сами дыры.
Не излагая другие теоретические выкладки, касающиеся физических деталей эволюции Вселенной по
щей ветви развития, ограничимся двумя замечаниями общего характера.
Во-первых, на достигнутом ныне уровне знания вопрос о направлении и характере эволюции Вселенной в отдаленном будущем в принципе остается открытым: современная космология еще не может утверждать с полной уверенностью, чем кончится ныне наблюдаемое расширение. Пространственно-открытая же модель, в рамках которой предсказывается физическая судьба наблюдаемой Вселенной,- лишь один из возможных вариантов развития космической материи, согласно одной из многочисленных общерелятивистских моделей, совершенно равноправных в теоретическом и логическом планах. Хотя многие современные космологи высказываются именно за этот вариант, однако есть не менее веские аргументы в пользу пространственно-замкнутой осциллирующей модели. Так, ряд ведущих астрофизиков полагают, что во Вселенной, кроме видимого вещества, может существовать и много невидимой материи, учет которой заметно изменит общую оценку средней плотности космологического субстрата.
В самое последнее время в связи с предполагаемым открытием массы покоя у нейтрино значительно укрепилось Эмпирическое основание этой точки зрения. Возможно, именно реликтохые нейтрино вносят основной вклад в среднюю плотность космической материи; она с учетом этого вклада оказывается больше ее критического значения, обеспечивающего конец расширения. (При этом автоматически разрешается и проблема "скрытой массы" галактик и их скоплений.) Это значит, что нейтринная Вселенная пространственно замкнута и со временем ее нынешнее расширение сменится сжатием.
Во-вторых, новейшие астрономические и физические представления вовсе не отменяют классические философские идеи и концепции, касающиеся общих закономерностей
вания Вселенной как целого. Напротив, самой логикой развития релятивистской астрофизики они обобщаются и возводятся в новую космологическую ступень. В особенности речь идет об идее космического круговорота, обоснованной Ф. Энгельсом на материале классической астрономии. Ф. Энгельс, напомним, заключил, что, в сущности, проблема только еще поставлена, но отнюдь не решена. Она будет решена лишь тогда, когда будет физически показано, каким образом рассеянная в космическом пространстве теплота становится снова используемой. И действительно, в свете новейших теоретических открытий выяснилось, что вопреки классическим физическим представлениям, но в полном соответствии с философским предвидением Энгельса во Вселенной все же могут реализоваться циклически повторяющиеся процессы рассеяния и последующей концентрации вещества и энергии. Как оказывается, в этих процессах решающую роль играют "черные дыры" (астрономические объекты принципиально нового типа, о возможности образования которых говорили еще английский физик Майкл (1783) и французский ученый Лаплас (1799), но которые только в наши дни облекаются в физическую плоть и кровь), они сначала поглощают излученную звездами энергию и находящееся вблизи вещество, а затем посредством квантового испарения и взрыва (эффект Хокинга) вновь рассеивают их в пространство.
Что касается возможности космологического обобщения идеи круговорота материи, то имеется в виду следующее. Сейчас в связи с возможным открытием массы покоя у нейтрино чаша весов вновь стала склоняться в сторону осциллирующей (пульсирующей) модели. В рамках же данной модели круговорот материи приобрел бы новое измерение: следовало бы поставить вопрос уже не о круговороте составных частей Вселенной, а о
роте самой Вселенной в целом, в ходе которого возникали и исчезали бы не просто отдельные миры (Земля, Солнечная система или Галактика), а вся Вселенная, как она предстает в зеркале современного астрономического познания.
С этой точки зрения можно говорить не о бесконечной продолжительности существования данной конкретной формы Вселенной (расширяющейся системы скоплений галактик), а о бесконечном процессе тотальных качественных превращений космической материи, выражающемся в периодическом - в принципе непрекращающемся - чередовании фаз ее расширения и сжатия.
Здесь мы должны остановиться и задуматься над следующим вопросом: не означает ли описываемый вариант круговорота космической материи своеобразную космологическую реставрацию гегелевской "дурной бесконечности", то есть не сопровождается ли неограниченный цикл расширения - сжатия бесконечным повторением одного и того же?
Думается, нет оснований ожидать такого космологического однообразия. Напротив, как показывают теоретические выкладки принстонских космологов, каждый новый цикл эволюции осциллирующей Вселенной может иметь в качестве начальных условий свой набор элементарных частиц с присущими им особыми физическими свойствами; различные значения могут иметь также фундаментальные константы, входящие в математическую структуру физических законов эволюционирующей Вселенной.
Подытоживая сказанное, следует подчеркнуть, что опытное доказательство эволюционного характера Вселенной - крупная веха на пути ассимиляции физикой идеи развития. При этом сама астрономия, которая когдато сводилась к небесной механике, ныне во все большей мере становится эволюционной физикой.
ГОРЯЧАЯ ГАЛАКТИКА
Гигантское звездное скопление, находящееся на расстоянии 300 миллионов световых лет от Земли, излучает столько же энергии, сколько два триллиона солнц, вместе взятых. Однако с Земли его можно заметить лишь в очень мощный телескоп, поскольку 99 процентов излучения приходится на невидимую инфракрасную часть спектра. Это тепловое излучение в 100 раз более интенсивно, чем у нашей Галактики. Обнаружившие это скопление ученые считают, что в его центральной части, видимо, находится "исключительно мощный источник теплового излучения", который нагревает окружающее газопылевое облако. Возникновение таких инфракрасных галактик возможно при столкновении двух или более звездных скоплений, а результате чего образуется множество новых солнц.
САМЫЙ ЯРКИЙ ОБЪЕКТ ВСЕЛЕННОЙ
Группа астрономов обнаружила квазар, имеющий такую яркость, что если бы он находился в 650 световых годах от Земли, то казался бы нам столь же ярким, как Солнце. На самом деле он удален от нас примерно на 10
дов световых лет. Это самый яркий из известных небесных объектов.
Квазары (квазизвездные радиообъ^11,1) - загадочные небесные тела, очень удаленные от Земли, излучающие больше энергии, чем целая Галактика. Их природа неясна, предполагают что это либо первые стадии жизни галактик, либо, наоборот, остатки погибших галактик.
УДИВИТЕЛЬНЫЙ ВОЛЧОК В СОЗВЕЗДИИ ОРЛА
Летом 1978 года было сделано открытие, приковавшее внимание всего астрономического мира сразу и надолго. Не было на Земле человека, имевшего отношение к астрономии, который бы не спрашивал: что там нового, какую еще сенсацию подбросил этот источник? Речь шла о слабенькой красноватой звездочке четырнадцатой величины в созвездии Орла.
ЛЕТО ЗАГАДОК
Итак, было лето 1978 года. Б. Маргон, астроном из Калифорнийского университета, исследовал с помощью спектрографа, установленного в фокусе пятиметрового телескопа, объект под названием СС 433. Число это означает попросту порядковый номер звездочки в каталоге, выпущенном десятилетием раньше двумя астрономами, фамилии которых начинались с буквы С: А. Стефенсоном и М. Сандулеком. Несколько ночей наблюдений, и Маргон пришел к первой идее - он решил, что труба его спектрографа погнулась. Это была строго логичная идея. Действительно, нужно было, не увеличивая
сущностей (гипотез), просто допустить неисправность спектрографа.
Маргон быстро убедился, что спектрограф ни при чем и странность заключена не в приборе, а в объекте. Странность же была такой: несколько довольно ярких линий излучения в спектре звезды не стояли на положенных местах, а от ночи к ночи смещались - часть линий в красную сторону, а часть - в фиолетовую.
В самом факте смещения линий в спектре для астронома нет ничего необычного. Все знают, что линии в спектрах квазаров очень сильно смещены в красную сторону,- все квазары удаляются от нас с огромными скоростями. В спектре известной Крабовидной туманности есть линии, смещенные в красную сторону, а есть смещенные в фиолетовую. Дело в том, что передний край туманности приближается к нам, а задний удаляется - ведь туманность расширяется. Мы видим оба края, обе серии линий.
Однако в спектрах квазаров и Крабовидной туманности линии, хотя и смещены с "законных" мест, все же неподвижны: скорость движения постоянна. А вот линии в спектре СС 433 были не только смещены в разные стороны, но еще и двигались. За месяц линии в красной области сместились на десятую часть своей длины. Вряд ли число что-либо говорит неподготовленному читателю. Дело в том, что смещение спектральной линии тем больше, чем быстрее приближается или удаляется источник света. Открытие Маргона означало, что скорость движения изменилась на 10 процентов по отношению к скорости света, а та равна 300 тысячам километров в секунду. Значит, за месяц наблюдений скорость удаления объекта увеличилась на 30 тысяч километров в секунду! И скорость приближения тоже.
Представьте себе, скажем, квазар - масса в миллиарды раз больше массы Солнца,- который за месяц увеличил бы скорость своего движения на такую
огромную величину. Или туманность, в которой газы за месяц стали бы расширяться на 30 тысяч километров в секунду быстрее. Такого еще не было.
Более того, картина смещения линий оказалась периодической, она повторялась каждые 164 дня. Линии разбегались друг от друга, а потом сходились, чтобы вновь разбежаться...
Открытие Маргона сразу привлекло внимание астрофизиков, его сравнивали с открытием пульсаров в 1967 году. Что ж, давайте сравним и мы.
Пульсары были открыты случайно только потому, что радиотелескоп, построенный в Кембридже под руководством Э. Хьюиша, оказался в нужный момент направлен в нужный участок неба. Конечно, рано или поздно не этот, так другой пульсар все равно бы обнаружили. Однако кто знает, сколько месяцев или лет ушло бы на это! Итак, открытие Хьюиша в большой степени случайно, хотя, как потом оказалось, теоретически его можно было предсказать лет на двадцать раньше. Исследование же объекта СС 433 вовсе не дело случая. Маргон работал в рамках общей программы отождествления рентгеновских источников. В семидесятых годах американские спутники "УХУРУ" и САС-З и английский "Ариэль" завершили предварительные обзоры неба в рентгеновском диапазоне. Были открыты и нанесены на карты сотни источников. Для многих из них уже стали известны и оптические аналоги. Однако сопоставить оптические объемы с рентгеновскими удавалось далеко не всегда.
Что ожидал обнаружить Маргон? Он предполагал, что найдет затмения, которые говорили бы, что СС 433 - двойная система. Ожидал, что найдет, например, пульсации оптического излучения. Природа преподнесла сюрприз, и началось восхождение на первый виток спирали исследований. Впоследствии, когда спираль завершила этот виток, все то, что ожидали обнаружить у СС 433, было обнаружено - и
ния, и оптическая переменность. В этом смысле объект оправдал ожидания теоретиков. Но к тому времени все они так увлеклись поисками разгадки, обнаруженной летом 1978 года странности, что все прочие особенности оказались в тени.
Все более ранние отождествления рентгеновских источников с оптическими звездами (а Маргон сделал немало таких работ) сенсаций не вызвали. В основном наблюдения не противоречили главной идее: рентгеновские источники в нашей Галактике - это двойные звездные системы. В них одна звезда обычная, гигант или карлик, горячая или не очень. Вторая звезда интереснее - это нейтронная звезда или, возможно, "черная дыра". Нормальная звезда теряет часть своего вещества, а нейтронная звезда это вещество "заглатывает". В этом причина рентгеновского излучения и всех любопытных эффектов, которые в таких системах наблюдаются.
Но СС 433 такие предположения опроверг. Возникло противоречие.
ОТСТУПЛЕНИЕ ПЕРВОЕ: НАУЧНЫЕ ПРОТИВОРЕЧИЯ
Именно противоречия двигают науку вперед. Не потому, что существуют, а потому, что от них так или иначе удается избавиться. Разрешая противоречия, ученые действуют методом проб и ошибок. Известно немало способов объяснить смещение спектральных линий- все эти способы рассматриваются в той или иной последовательности и, естественно, отвергаются сразу или со временем. Естественно - потому что объяснений много, а истина одна.
Ученый, которому в голову пришла идея объяснения, не расстается с ней месяцами. И другой ученый, и третий, и четвертый. Часто идеи повторяют друг друга, но если посмотреть как бы "сверху" на картину работы над проблемой, окажется, что почти все мыслимые идеи были высказаны в то или иное