До Большого Взрыва - Вселенная - От плоской Земли до квазаров

Вселенная

От плоской Земли до квазаров
Главная


Земля


Солнечная система


Звезды


Галактика


Размеры Галактики


Другие галактики


Возраст Земли


Энергия Солнца


Типы звезд


Эволюция звезд


Взрывы звезд


Эволюция галактик


Удаляющиеся галактики


Наблюдаемая Вселенная


Начало Вселенной


Бомбардировка частицами


Фотоны большой энергии


Радиоастрономия


Окраины Вселенной



До Большого Взрыва

Если мы признаем существование «космического яйца» как исходной формы Вселенной и его взрыв в нуль-пункт времени, перед нами неизбежно встанет вопрос: а откуда взялось «космическое яйцо»?
Мы можем уклониться от ответа, укрывшись за идеей вечности. Закон сохранения энергии подразумевает, что субстанция Вселенной в основе своей вечна, а потому мы можем сказать, что материя, из которой слагалось «космическое яйцо», всегда была там.
Однако, если даже допустить, что материя космического яйца всегда была там, всегда ли она существовала в форме «космического яйца»? Если бы «космическое яйцо» существовало всегда, оно должно было быть устойчивым. А если оно было устойчивым, то почему оно вдруг перестало быть устойчивым и взорвалось в момент, именуемый нуль-пунктом времени, после того как неисчислимые миллиарды лет оно просуществовало, не взрываясь?
Точно та же проблема, только в более скромных, звездных масштабах, встает перед нами, когда мы спрашиваем, почему вдруг звезда вспыхивает как Сверхновая, после того как в течение миллиардов лет она была достаточно устойчивой. Однако о звездах мы знаем уже многое и можем объяснить этот взрыв, исходя из развития ядерных реакций во внутренних областях звезды.
К несчастью, изучить «космическое яйцо» мы не можем; мы не знаем, какие процессы могли происходить внутри него; мы не имеем ни малейшего представления о том, какие силы могли удерживать его в состоянии устойчивости и какие они порождали изменения, которые, постепенно нарастая, в конце концов внезапно сделали его неустойчивым.
Если мы спросим себя, в какой форме могла существовать субстанция Вселенной, оставаясь устойчивой бесчисленные миллиарды лет, то, чтобы не напрягать излишне воображения для объяснения этой устойчивости, легче всего нам будет представить себе Вселенную в виде чрезвычайно разреженного газа. В этом случае Вселенная будет чем-то вроде «пустого пространства», которое в настоящее время существует между галактиками, а уж оно-то бесспорно устойчиво.
Однако и такой чрезвычайно разреженный газ будет испытывать воздействие своего собственного очень слабого поля тяготения. Медленно, на протяжении многих миллиардов лет, газ будет концентрироваться и Вселенная будет сжиматься. По мере повышения плотности субстанции Вселенной поле тяготения соответственно усиливается и в конце концов, по истечении еще многих миллиардов лет, сжатие Вселенной начнет убыстряться.
Но сжатие, как указывал еще Гельмгольц, должно нагревать Вселенную и создавать все более и более высокие температуры в веществе, сжимаемом во все меньший и меньший объем. Растущая температура все больше и больше противодействует сжатию, вызываемому тяготением, и начинает это сжатие замедлять.

Однако инерция вещества заставляет его сжиматься и после достижения температуры, уравновешивающей тяготение. Наконец, Вселенная сжимается до предела, соответствующего «космическому яйцу» или чему-то в этом роде. В какой-то момент центробежное воздействие температуры и излучения берет верх, вещество Вселенной выталкивается наружу со все нарастающей скоростью и процесс этот завершается Большим
Взрывом.
Согласно этой точке зрения, Вселенная начинается с состояния практической пустоты, проходит фазу сжатия до максимальной плотности, а затем через фазу расширения вновь возвращается к состоянию пустоты. Таким образом, нам не нужно ломать голову над «космическим яйцом», которое существовало изначально, а потом после неопределенного периода устойчивости вдруг взорвалось. «Космическое яйцо» становится преходящим объектом, помещенным в середину вечности.
Эта модель называется гиперболической Вселенной. Ее можно изобразить графически с помощью ее радиуса кривизны Луч света, бесконечно движущийся во Вселенной, геометрию которой Эйнштейн определил как риманову, опишет гигантскую окружность, радиус которой и будет радиусом кривизны Вселенной. У сжимающейся Вселенной этот радиус будет уменьшаться, у расширяющейся — увеличиваться. В гиперболической Вселенной он будет сначала уменьшаться до минимума, а затем опять увеличиваться.

Рис. Гиперболическая Вселенная
Гиперболическая Вселенная существует вечно, но ее нельзя назвать подлинно вечной, как в том случае, если бы она существовала всегда в какой-то неизменной форме или в форме, которая поочередно испытывает изменения противоположного характера, но в среднем остается неизменной. Эта Вселенная претерпевает постоянные и необратимые изменения. Она начинается как пустота, заполненная разреженным газом, по-видимому, водородом. Она кончается как пустота, заполненная бесчисленными белыми карликами. У нее есть четкое начало и четкий конец, а мы существуем в тот краткий период, когда форма Вселенной на мгновение стала отличаться от вечной пустоты.
Однако гиперболическая Вселенная — не единственная модель, к которой мы можем прийти, рассматривая «космическое яйцо». Если считать, что Вселенная разлетается во все стороны под воздействием гигантского взрыва, то ведь остается еще сила всемирного тяготения, которая стремится снова соединить разлетающиеся куски, и, возможно, ей это удастся.
Чтобы лучше попять это, давайте рассмотрим сходную ситуацию на Земле. При обычном взрыве обломки могут взлететь в воздух, но скорость, с которой они удаляются от Земли, непрерывно гасится тяготением. В конце концов они на мгновение останавливаются, а потом начинают падать назад, на Землю. Чем больше сила, подбросившая обломок вверх, тем выше он взлетит, прежде чем остановится и начнет падать вниз.
Однако поле тяготения Земли с расстоянием слабеет, и если бросить предмет с достаточной силой, он достигнет зоны, где непрерывно ослабевающее поле тяготения Земли уже не сможет свести его уменьшающуюся скорость к нулю. Такой предмет будет брошен со скоростью, большей, чем «критическая скорость», которая у поверхности Земли составляет, как известно, примерно 11,3 км/сек.
Не зная реальных размеров «космического яйца», его массы и силы разрушившего его взрыва, мы не можем установить, достигли разметанные взрывом осколки критической скорости или нет. Будут ли галактики вечно удаляться друг от друга, или скорость их удаления будет с течением времени постепенно падать, достигнет на мгновение нуля, а затем они начнут вновь сближаться — сначала медленно, а потом все быстрее и быстрее?

Предположим, что когда-нибудь галактики снова начнут сближаться. В такой сжимающейся Вселенной спектры галактик покажут фиолетовое смещение, и оно будет возрастать по мере роста скорости сближения в результате все убыстряющегося сжатия. Поток энергии, направленный к центру сжимающейся Вселенной, будет сгущаться и увеличиваться. Под бичом этого потока все ядерные реакции, протекавшие в расширяющейся Вселенной, начнут развиваться в обратную сторону.
В расширяющейся Вселенной с общим ослаблением излучения слияние атомов от водорода до железа высвобождало энергию, а в сжимающейся Вселенной с общим ростом излучения распад атомов от железа к водороду будет поглощать энергию.
Короче говоря, к тому времени, когда Вселенная сожмется в нечто, похожее на «космическое яйцо», она опять вся будет состоять из водорода. Вслед за образованием «космического яйца» произойдет новый Большой Взрыв и весь процесс повторится снова. Результатом будет вечно пульсирующая Вселенная, или мерцающая Вселенная.
Пульсирующую Вселенную можно рассматривать как гигантскую цефеиду. Такая Вселенная будет по-настоящему вечной, так как катастрофические изменения в ней носят периодический характер. Тут нет ни четкого начала, ни четкого конца, ни непрерывного необратимого перехода от одной космической структуры к другой, принципиально от нее отличной. Какова Вселенная сейчас, такой же она станет снова через неисчислимые миллиарды лет, после того как сожмется и вновь взорвется, к такой же она была неисчислимые миллиарды лет назад, до ее последнего сжатия и взрыва.

 
< Пред.   След. >