8.2 Современные концепции о происхождении вселенной

Вселенная как целое является объектом изучения космологии. Вселенная – самый крупный по масштабам объект науки. Он, очевидно, существует в единственном экземпляре. Из этих обстоятельств следует ряд особенностей космологии как науки. Действительно, Вселенную можно только наблюдать, экспериментировать с ней невозможно. Никаких других вселенных нам не дано, и сравнивать нашу Вселенную не с чем. Еще одной особенностью космологии является близкое родство с философскими идеями и исканиями, с попытками осмыслить место человека в мире. Тем не менее, космология – это все же настоящая естественнонаучная дисциплина, в которой главное – конкретные факты, а любые теоретические выводы могут считаться правильными только тогда, когда они проверены и подтверждены прямыми астрономическими наблюдениями.

Ньютоновская Вселенная

Закон тяготения Ньютона называют всемирным, поскольку он представил свойства Вселенной в целом. Вселенная Ньютона – хорошо отлаженный "часовой механизм". Образ "мировых часов" введен в космологию Лейбницем. Модель Вселенной Ньютона стала классической. По этой модели Вселенная бесконечна в пространстве и времени, вечна. Пространство играет роль вместилища материи и никак не связано с находящимися внутри этого вместилища материальными объектами. Пространство существует всегда и останется существовать, если из него изъять всю материю. Количество звезд, планет, звездных систем в бесконечном пространстве бесконечно велико. В то же время каждое небесное тело проходит свой жизненный путь, рождается и погибает.

Эта классическая концепция еще сравнительно недавно изучалась в школе. Вот цитата из учебника астрономии Б. А. Воронцова-Вельяминова (1951): "Подобно тому, как Вселенная в свете научных данных оказывается бесконечной в пространстве, она оказывается бесконечной и во времени, то есть вечной. Вселенная никогда не имела начала и никогда не будет иметь конца, она всегда существовала и всегда будет существовать. Все это касается Вселенной в целом, точнее говоря – материи, из которой она состоит, отдельные же ее части, как, например, Земля, Солнечная система, звезды и даже системы галактик, постоянно то тут, то там возникают, зарождаются, совершая длительный путь развития, и, наконец, прекращают свое существование в этом виде, с тем, чтобы образующая их материя приняла новую форму. Сама же материя, постоянно изменяя свою форму, не уничтожается никогда, она вечна, и вечно ее движение. На смену отжившим мирам возникают новые, на которых с течением времени также возникает жизнь, путем постепенного усложнения воспроизводящая свое высшее выражение – разумные мыслящие существа". Отличия от ньютоновской Вселенной в этой картине все же имеются: Ньютон предполагал акт божественного творения Вселенной и человека, наличие начального импульса – "толчка", пустившего механизм Вселенной в движение.

Первая модель развивающейся Вселенной (и. Кант)

Первую концепцию эволюционирующей Вселенной построил философ И. Кант (1724-1804). Она изложена в его главном естественнонаучном сочинении "Всеобщая естественная история и теория неба, или попытка истолковать строение и механическое происхождение всего мироздания, исходя из принципов Ньютона" (1755). Из полного названия трактата Канта при ссылках на него, как правило, исключают пояснительную часть, имеющую принципиальное значение, поскольку сам Кант видел свою теорию как развитие идей Ньютона. Обычно указывают название трактата в краткой формулировке: "Всеобщая естественная история и теория неба".

Трактат долгие годы был практически неизвестен. Из-за банкротства издателя он вышел тиражом всего несколько экземпляров. Лишь в 1791 г. друг и ученик Канта И. Гензихен опубликовал небулярную гипотезу в числе других выдержек из сочинения Канта с примечаниями самого автора. В этой же книге были опубликованы результаты исследований В. Гершеля, подтвердившие ряд идей Канта. Сочинение Канта состоит из трех частей.

Первая часть посвящена космологическому аспекту гипотезы, то есть аспекту, охватывающему строение всей Вселенной, и называется "Очерк системы неподвижных звезд, а так же о многочисленности подобных систем неподвижных звезд". Кант пишет о бесчисленности миров и систем, заполняющих Млечный Путь. "Мы видим первые члены непрерывного ряда миров и систем, и первая часть этой бесконечной процессии уже дает нам возможность представить, каково целое. Здесь бездна подлинной неизмеримости, перед которой бледнеет всякая способность человеческого понимания, хотя бы и подкрепленного математикой". Как следствие закона всемирного тяготения Кант делает вывод о существовании планет за Сатурном, о закономерности междупланетных расстояний.

Вторая часть трактата отражает космогоническую гипотезу Канта, то есть гипотезу о рождении и развитии космических тел и систем, звезд и их скоплений, Солнечной системы и входящих в нее тел. Она называется "О первоначальном состоянии природы, образовании небесных тел, причинах их движения и связи их между собой как звеньев системы, в частности, в мире планет, а также с точки зрения всего мироздания". Не соглашаясь с Ньютоном относительно "первого толчка", Кант ищет естественную причину возникновения движения во Вселенной. Выдвинув общую идею эволюции Вселенной, Кант развивает ее применительно к Солнечной системе. Он пытается обосновать гипотезу существования разреженной космической материи, частицы которой, отличающиеся плотностью, сгущаются. После образования "критической массы" начинается устойчивый процесс сгущения. Образуется центр притяжения. Падая на центральную массу, частицы материи разогревают ее. Так возникло Солнце. В результате "борения" притяжения и отталкивания образуется круговое движение, возникают планеты, вращающиеся вокруг Солнца. Элементы космогонической теории Канта поражают современностью звучания. Так, например, Кант пишет о возможности разогрева недр планет под влиянием "смещения" веществ, о том, что звезды могут затухать. Первоматерия, по Канту, создана Богом в далеком прошлом. Таким образом, Вселенная имела начало, но не будет иметь конца. Процесс образования миров, начатый однажды, не прекратится, в результате чего из первоматерии (газопылевой смеси) возникнут новые звездные системы. Вселенная, заполненная материей, бесконечна в пространстве. Наше Солнце находится в старой части Вселенной, в ее центре. Более молодые части Вселенной располагаются по окраинам. Старые части Вселенной постепенно погибают, но на их месте зарождаются новые системы. Таким образом, Кант предполагал существование космических систем разных поколений, что общепринято в современной науке.

Третья часть трактата Канта содержит первый в науке анализ проблемы жизни во Вселенной. Эта часть названа "Содержащая в себе основанный на закономерностях природы опыт сравнения обитателей различных планет". Кант считал, что разумная жизнь существует в космосе не всюду, хотя большинство планет обитаемы. Он полагал, что мыслящие существа тем прекраснее, чем дальше планета расположена от Солнца. Кант сомневался в том, что бессмертная душа остается в одной точке бесконечного пространства. Новые планеты, по мнению Канта, могут образовываться в том числе и как место для переселения душ.

Выдающегося немецкого ученого Лапласа увлекли мысли Канта о Млечном Пути и эволюции Вселенной. Он предложил свою концепцию иерархической Вселенной, развивающую представления Канта. Концепция изложена Лапласом в сочинении "Космологические письма об устройстве мироздания" (1761). Первая часть этого сочинения посвящена кометам. Лаплас разделял мнение о заселенности небесных тел, и считал, в частности, кометы подходящим средством для размещения там астрономических обсерваторий, вечно странствующих во Вселенной. Во второй части "Космологических писем" Лаплас излагает свою космологическую теорию. Он пишет о существовании во Вселенной систем трех порядков: планет со спутниками, Солнца (и других звезд) с планетами, Млечного Пути и подобных туманностей как скоплений звезд. Все системы Лаплас считал находящимися в непрерывном движении. Свою теорию Лаплас строил на конкретных научных фактах и их анализе. Многие научные прогнозы Лапласа получили вскоре блестящее подтверждение: были открыты новые туманности (далекие "Млечные пути"), открыто собственное вращение Солнца, обнаружены "двойные звезды" (термин принадлежит Лапласу). Некоторые прогнозы Лапласа подтвердились через столетия, в частности возможность существования сверхплотных космических тел.

В 1796 г. появилось сочинение Лапласа "Изложение системы мира", в котором он описал ньютоновскую картину Вселенной, но в примечаниях кратко (на трех страницах) выдвинул свою небулярную планетную космогоническую гипотезу. Если Кант допускал ошибку в космогонической теории, полагая возможным самопроизвольное начало вращения изолированной массы, то Лаплас предположил, что туманность изначально вращается. Он указал на возможность образования под действием гравитационных сил планет и их спутников из первоначально разреженной туманности. Эта туманность вращалась вместе с формировавшимся в ее центре Солнцем и составляла его своеобразную атмосферу. При охлаждении и сжатии от "атмосферы" отслаивались газовые кольца. В каждом из колец вещество стягивалось к случайной наиболее плотной массе, образуя планету. Отличие гипотез Канта и Лапласа заключается в начальном состоянии вещества. У Канта – это пыль, на первом этапе слипающаяся, у Лапласа – горячая газовая туманность. Обе гипотезы в XIX веке были объединены в "небулярную гипотезу Канта-Лапласа". Главным содержанием идеи эволюции мегамира стало постепенное качественное изменение космической материи под воздействием сил гравитации.