Эволюция Вселенной
На протяжении тысячелетий звездное небо было символом вечности и неизменности мироздания. Лишь в 19—20 столетиях астрономы убедились, что звезды только кажутся неподвижными. На самом деле они движутся в пространстве, причем с огромными скоростями! И еще одна ошеломляющая новость потрясла человечество в первой половине 20 в.: оказывается, расстояния между звездными системами — галактиками — постоянно увеличиваются. И дело здесь не в природе галактик: сама Вселенная непрерывно расширяется! Это открытие стало важнейшим научным событием нашего времени. В 1927 г. было получено подтверждение открытия, которое до того оставалось чисто теоретическим: астроному Э. Хабблу удалось измерить расстояние до некоторых галактик и определить, что чем дальше от нас находится галактика, тем быстрее она от нас удаляется.
Назад, к Птолемею?
Может показаться, что если галактики «разбегаются» во все стороны от наблюдателя, находящегося на Земле, то сам этот наблюдатель находится в самой середине мироздания. Неужели Земля и в самом деле занимает центральное место в огромной Вселенной, как полагал еще в начале нашей эры Клавдий Птолемей?
На самом деле это не так. В действительности галактики «разбегаются» и относительно друг друга. То есть вся Вселенная в каждой своей точке непрерывно расширяется, но совсем не так, как при обычном взрыве, когда осколки из одной точки разлетаются во все стороны. Попробуйте представить, что «разбегаются» не галактики, а пространство между ними. Получилось?
Если нет, то наглядной моделью может служить мыльный пузырь или медленно надуваемый резиновый воздушный шарик, на поверхность которого точками нанесены положения галактик. По мере того, как шарик увеличивается, точки все дальше отходят одна от другой. «Разбегание» происходит за счет расширения поверхности, на которую точки нанесены.
Общую массу вещества нашей Вселенной, которую могут наблюдать астрономы, удалось подсчитать, и оказалось, что ее недостаточно, чтобы остановить расширение. Но ведь существуют и такие виды материи, которые недоступны для наблюдения, — их называют «темной материей». Оценить их количество гораздо труднее. Поэтому вопрос остается открытым.
Эйнштейн удивился
Конечно, пример с надувным шариком — всего лишь аналогия. Но и реальное трехмерное пространство способно «растягиваться» — это вытекает из общей теории относительности Альберта Эйнштейна (1879—1955), описывающей самые общие свойства материи, пространства и времени во Вселенной. Решая полученные им уравнения, Эйнштейн обнаружил, что Вселенная может оказаться неустойчивой — постоянно меняющейся. Удивившись и не поверив в такую возможность, ученый ввел в свои уравнения произвольный член, который и обеспечивал «устойчивость» мироздания — но только на бумаге, а не в действительности. А русский астрофизик и математик А. Фридман спустя несколько лет получил решения без этой величины и пришел к выводу, что Вселенная просто обязана либо расширяться, либо сжиматься.
Что и происходит на самом деле. Однако, хоть мы и видим, как далекие галактики «разбегаются», это вовсе не означает, что мы находимся в центре расширяющейся Вселенной; с тем же успехом любую точку на поверхности раздувающегося воздушного шара можно считать ее центром. Вселенная просто увеличивается в размере.
Судьба Вселенной
Поскольку Вселенная расширяется уже миллиарды лет, законен вопрос: как долго это будет продолжаться и чем закончится? Силы гравитационного притяжения, действующие между отдельными частями Вселенной, стремятся затормозить разбегание этих частей. К чему торможение приведет, зависит от суммарной массы Вселенной. Если она достаточно велика, силы тяготения постепенно остановят расширение, и оно сменится сжатием. В результате Вселенная в конце концов опять «схлопнется» в точку, из которой когда-то начала расширяться. Если же масса меньше некоторой критической величины, то расширение будет продолжаться вечно. Обычно принято говорить не о массе, а о плотности, которая связана с массой простым соотношением: плотность есть масса, деленная на объем.
Значение концентрации частиц, усредненное по всему объему Вселенной, десятки и сотни раз измеряли, тщательно подсчитывая разными методами количество звезд и газопылевых облаков. Результаты таких измерений несколько различаются, но вывод неизменен: значение плотности Вселенной едва дотягивает до нескольких процентов от критической.
Поэтому вплоть до 70-х гг. прошлого века общепринятым был прогноз о вечном расширении нашего мира, которое неизбежно должно привести к постепенному остыванию всего вещества. Все процессы во Вселенной прекратятся, и разные ее части будут иметь одинаковую температуру. Такой финал назвали тепловой смертью.
Туда и обратно
Ученые-астрофизики могут описать процесс расширения Вселенной, но ответ на вопрос, почему это происходит, до сих пор не получен. Еще больше волнует исследователей другое предположение: а не сменится ли расширение Вселенной ее сжатием? Теоретически это вполне возможно, но зависит от некоторых условий. Прежде всего — от средней плотности вещества, которое сейчас продолжает разлетаться. Если эта плотность достаточно велика, то рано или поздно силы гравитации одолеют инерцию разлета галактик и начнется сжатие. Если плотность мала — «разбегание» будет продолжаться бесконечно.
Если сжатие Вселенной все-таки начнется, в конце концов она достигнет своих начальных размеров и «схлопнется». Но пока Вселенная расширяется, и сегодня мы видим ее не такой, какой она была в прошлом. 5 млрд лет назад галактики находились гораздо ближе друг к другу. Еще раньше отдельных галактик не существовало, но уже зажглись первые звезды, а 13,5 млрд лет назад не существовало даже звезд.
Читайте также