то «центра» Вселенной явно выделить нельзя. Естественно, остается много вопросов: почему Вселенная расширяется, будет ли она расширяться дальше или сожмется? Конечна она или бесконечна? Как образуются галактики, из чего состоят? И т.д.

6.2.Другие модели происхождения Вселенной

Висторическом аспекте первыми моделями Вселенной были модели Солнечной системы, в центре которой располагалась неподвижная Земля, неподвижная сфера со звездами и подвижные 5 планет, Солнце и Луна. Затем Аристарх Самосский в III в. до н. э. предложил гелиоцентрическую систему, возрожденную польским священником Н. Коперником в 1514 г. Сюда же можно отнести и античную систему Птолемея, согласно которой за последней сферой располагались ад и рай. Кстати, «модернизацией» этой модели занимались и И. Кеплер (1571—1630) (эллиптические орбиты вместо круговых)

иГ. Галилей. Все это продолжалось до появления законов Ньютона в небесной механике в XVIII в. Уже в это время (а идеи Джордано Бруно еще ранее — в XVI в.) возникли представления о бесконечной Вселенной. В XIX в. они развились в представления о бесконечной в пространстве, но неизменной во времени Вселенной. Это была стационарная космологическая модель, которая по сути близка статической Вселенной Эйнштейна.

Предполагалось, что пространство — абсолютно, однородно и изотропно, а время — абсолютно и однородно, т.е. использовались «строительные материалы» классической механики и евклидовой геометрии. Это устраивало теологический подход к пониманию мира: система мира без начала и конца, как в пространственном, так и во временном понимании. Бог создал — и все! С материалистической точки зрения можно предположить,

125

что Бог в теологии — это и есть пространство и время в физике. Получалось, что мир в целом не эволюционирует. Пространство и время представлялись как жесткий каркас (они же абсолютные!) и не участвовали в процессах, т.е. рассматривались как параметры. Выражаясь на языке гуманитариев, можно сказать — оставались «равнодушными» на такой сцене жизни. Заметим при этом, что если неизменность пространства и времени вызывала некоторый дискомфорт, то бесконечность мира частично это неудобство сглаживала. Можно даже сказать, что стационарная модель мира выполняла как бы роль стыковочного узла между культурами Запада (рационализм) и Востока (мистицизм). Как мы уже знаем, в СТО и ОТО Эйнштейн предположил, что пространство и время не абсолютны, а относительны и связаны между собой, причем скорость передачи взаимодействия конечна и равна скорости света с. Было показано, что геометрия пространства и времени не является евклидовой и определяется наличием материи в данной области. Пространство и время приобретают динамические свойства, им приписывается кривизна, которая влияет на характер движения тел в данной области и которая сама зависит от наличия и движения тел. Пространство и время уже не «равнодушная» сцена событий, а активные участники, влияющие на события, регулирующие их.

В настоящее время существует много космологических концепций, и нельзя, естественно, сказать, что уже установлена истина в последней инстанции, учитывая еще указанную сложность астрофизических и космологических экспериментов.

6.2.1. Модель Большого Взрыва

Однако одна из уже современных таких теорий — теория Большого Взрыва (Big Bang) смогла к настоящему времени объяснить почти все факты, связанные с космологией.

В основе этой теории лежит предположение, что физическая Вселенная образовалась в результате гигантского взрыва примерно 15—20 миллиардов лет назад, когда все вещество и энергия современной Вселенной были сконцентрированы в одном сгустке с плотностью свыше 1025 г/см3 и температурой свыше 1016 К. Такое представление соответствует модели горячей Вселенной. Модель Большого Взрыва (БВ) была предложена в 1948 г. нашим соотечественником Г. А. Гамовым.

Возвращаясь к сгустку перед БВ, отметим, что неизвестно достоверно, как этот сгусток образовался. Из чего? И откуда взя-

126

лось такое гигантское количество изначальной энергии? Тем не менее огромное радиационное давление внутри этого сгустка привело к необычайно быстрому его

Горбачев В. В. Концепции современного естествознания:—М.: ООО «Издательский дом «ОНИКС 21 век»: ООО «Издательство «Мир и Образование», 2003. — 592 с: ил.

расширению — Большому Взрыву. Составные части этого сгустка теперь образуют далекие галактики, очень быстро удаляющиеся от нас. Мы наблюдаем их сейчас такими, какими они были примерно 10—14 млрд лет назад. Таким образом, расширение Вселенной оказывается естественным следствием теории Большого Взрыва. Заметим здесь, что открытие расширяющейся Вселенной и принятие научным сообществом этого факта можно считать огромным мировоззренческим прорывом в интеллектуальном мире.

Г. А. Гамов также предположил, что все элементы Вселенной образовались в результате ядерных реакций в первые моменты после БВ. Дальнейшие уточнения этой теории показали, что ядерные реакции действительно имели место, но привели только к образованию гелия. Спектр гелия наблюдали в солнечном излучении до того, как он был обнаружен на Земле, отсюда и название этого элемента происходит от греческого Гелиос

— Солнце. Современные методы анализа излучения звезд и галактик показали, что почти все они состоят из водорода (~60%) и гелия (~20%). Лишь малая часть водорода и гелия содержится в звездах, остальное количество распределено в межзвездном пространстве. В звездах, где температура исключительно велика, атомы полностью ионизированы и составляют высокотемпературную плазму. В межзвездном пространстве водород и гелий находятся в основном в атомарном состоянии. Таким образом, теория БВ согласуется с наблюдаемой распространенностью гелия во Вселенной.

Рассмотрим вариант образования сгустка первовещества. Предполагается, что эти межзвездные атомы водорода и гелия служат сырьем для образования новых звезд. Заметим, что распределение газа в межзвездном пространстве неоднородно. Средняя концентрация вещества в нашей Галактике ~1 атом/см3, однако имеются сильные флуктуации. Эти флуктуации плотности объясняются хаотическим движением атомов в пространстве. Случайно плотность вещества в определенной области может существенно превысить среднюю. При этом предполагается, что если количество вещества превысит в какой-либо области критическое значение, порядка 1000 солнечных масс, то в этой области возникают достаточно сильные гравитационные поля, способные противостоять разлету газового облака и стремящие-

127

Горбачев В. В. Концепции современного естествознания:—М.: ООО «Издательский дом «ОНИКС 21 век»: ООО «Издательство «Мир и Образование», 2003. — 592 с: ил.

Георгий Антонович Гамов

Г.А.Гамов (1904—1968) родился в Одессе в семье учителей. Отец его А. М. Гамов был учителем литературы, его учеником, кстати, был Л. Д. Троцкий (Бронштейн). Учился в Одесском, а затем Петербургском университете, где его руководителем был известный уже нам А.А.Фридман (1888—1925). К 26 годам он уже был признан одним из крупнейших специалистов в области теоретической и ядерной физики. Он разработал теорию α распада. С 1934 по 1968 г. работал в США над проблемами космологии, в том числе ядерных источников энергии звезд. С 1948 г. участвовал в создании американской водородной бомбы. С последним обстоятельством связана любопытная история. Во время пребывания в Петрограде 20-летнего Гамова привлекли к чтению лекций по физике в артиллерийстской школе, где, по положению, лектор должен был иметь звание полковника. И Гамов стал им, получив соответствующую амуницию, буденовку (которую тогдашние острословы называли «умоотводом») и четыре «шпалы» в петлицы. С присущим ему юмором Г. А. Гамов рассказывает в своей книге [47], какую панику вызвало его сообщение у официальных лиц, проверявших политическую благонадежность физиков, привлеченных к работе в Лос-Аламосе, в связи с разработкой проекта создания американской водородной бомбы, что он был полковником Красной Армии! Тем не менее в 1948 г. он все же был привлечен к секретным работам в этой области, где ключевой фигурой был венгерский физик-теоретик Э. Теллер, которого, еще совершенно неизвестного специалиста по молекулярной химии, Гамов в 1935 г. пригласил на свою кафедру теоретической физики в Вашингтонском университете.

Теллер (р. 1906) в своей автобиографической книге «высоко ценил Джорджа Гамова,

своего коллегу по университету Вашингтона, который дал начало по теоретическим работам в США, приведшим в конечном итоге к самому большому взрыву, осуществленному когда-либо по воле человека». Как отмечал А. Д. Чернин, роль Г. А.

Гамова в развертывании ядерной программы США, известной как Манхэттенский проект, так же, как,

128

кстати, и Эйнштейна, несмотря на то, что последний, по существу, письмом к президенту Рузвельту стал инициатором этой программы, не очень ясна. По-видимому, конкретного участия они в работе не принимали по «соображениям безопасности». Относительно Эйнштейна это могло быть связано с опасением, что он со своим огромным престижем мог вмешаться в политический вопрос ее использования. Кроме того, как личность он был уж очень необычен для спецслужб — странный чудак в жизни, плюс мировая слава, плюс возможность прямого общения с президентом страны. Да еще репутация безбожника, а то и вовсе коммуниста.

В известной степени это относится и к Г. А. Гамову: он тоже считался чудаком с мировой славой, да еще к тому же он был русским. Тем не менее к концу своей жизни в 1968 г. к числу своих значимых результатов Гамов относил и «формулы, использованные для расчетов водородной бомбы», и добавлял в своей обычной остроумной манере, что его главным вкладом в американскую водородную бомбу было то, что он перетащил Теллера в Америку. Физика была для него удовольствием. Он обожал физику до такой степени, которая доступна лишь немногим, и более того, умел сообщать это чувство наслаждения и воодушевления своим книгам и лекциям, адресованными как ученым, так и всем интересующимся наукой. Еще в 30-е годы прошлого столетия в Петербургском университете сложилась группа блестящих молодых теоретиков (Г. А. Гамов, Л. Д. Ландау, Д. Д. Иваненко, А. И. Ансельм, М. Г. Бронштейн, В. А. Амбарцумян, В. А. Кравцов), среди которых на главных ролях был Г. А. Гамов, ставший в 1932 г. самым молодым членом-корреспондентом АН СССР. Как отмечал А. Д. Чернин, «они преданно и горячо любили физику и она отвечала им взаимностью». В 1934 г. Гамов эмигрировал на Запад, и по сему поводу, естественно, до последнего времени [163] замалчивался

Горбачев В. В. Концепции современного естествознания:—М.: ООО «Издательский дом «ОНИКС 21 век»: ООО «Издательство «Мир и Образование», 2003. — 592 с: ил.