Лев Шильник - Космос и хаос. Что должен знать современный человек о прошлом, настоящем и будущем Вселенной

• Название: Космос и хаос. Что должен знать современный человек о прошлом, настоящем и будущем Вселенной
• Автор: Лев Шильник
• Жанр: Прочая научная литература

Книга дает возможность совершить виртуальное путешествие по нашей Вселенной и окрестностям, заглянуть в ее прошлое и будущее, увидеть ее рождение и смерть. Удивительные квазары, беспокойные пульсары, черные дыры и белые карлики - это лишь некоторые «обитатели» Вселенной. И с ними скучно не будет.

---

Если еще 20–30 лет тому назад черные дыры считались изящной теоретической спекуляцией, а в их реальном существовании было позволительно сомневаться, то сегодня 99 % астрофизиков убеждены, что черные дыры уже открыты, хотя Нобелевская премия за их обнаружение пока никому не присуждена. Проще всего наблюдать черные дыры в тесных двойных системах, состоящих из нормальной оптической звезды и невидимого компонента, на поверхность которого перетекает вещество звезды-соседки. При этом вокруг черной дыры образуется так называемый аккреционный диск, похожий на крутящийся водоворот. Вещество падает на черную дыру по суживающейся спирали, а скорость его движения во внутренних частях аккреционного диска достигает огромных значений, близких к скорости света. Газ разогревается до сотен миллионов градусов, и черная дыра начинает мощно излучать в рентгеновском диапазоне. Основное выделение энергии происходит задолго до того, как вещество скроется под горизонтом событий, поэтому рентгеновское излучение может быть зарегистрировано внешним наблюдателем. По ряду параметров оно заметно отличается от рентгеновских джетов (выбросов) нейтронных звезд, так что здесь вполне возможен дифференциальный диагноз. К настоящему времени обнаружено свыше 20 рентгеновских объектов в маломассивных двойных системах, которые считаются кандидатами в черные дыры. Если же к этому списку добавить сверхмассивные черные дыры в ядрах галактик, тогда их число превысит три сотни.

Все черные дыры можно разделить на три типа: 1) черные дыры с массой от 3 до 50 солнечных масс, представляющие собой продукт эволюции массивных звезд; 2) сверхмассивные черные дыры в ядрах галактик, достигающие 106– 109масс Солнца; 3) так называемые первичные черные дыры, образовавшиеся на ранних стадиях жизни Вселенной. Своим появлением на свет они обязаны локальным деформациям метрики пространства-времени в первые моменты после Большого взрыва, задолго до того, как зажглись первые звезды. Поскольку черные дыры постепенно испаряются (механизм их квантового испарения был предсказан Стивеном Хокингом), до наших дней могли дожить первичные черные дыры только с массой более 1012кг.

В заключение этой главы – небольшая цитата из книги «Астрономия: век XXI».

Итак, благодаря космическим исследованиям и введению в строй крупных наземных телескопов нового поколения открыты сотни массивных и чрезвычайно компактных объектов, наблюдаемые свойства которых очень похожи на свойства черных дыр, предсказываемые общей теорией относительности Эйнштейна. Можно надеяться, что ‹...› в ближайшие десятилетия будет окончательно доказано существование черных дыр во Вселенной. Это приведет к прорыву в понимании природы пространства-времени и сущности гравитации.

Кое-что о здравом смысле

Исхитрись-ка мне добыть

То-Чаво-Не-Может-Быть!

Запиши себе названье,

Чтобы в спешке не забыть!

Леонид Филатов

Человек, впервые соприкоснувшийся с картиной мира, которую рисует современная физика, или с космологическими моделями эволюции нашей Вселенной, порой испытывает самый настоящий интеллектуальный шок. Ему начинает казаться, что ученые намеренно громоздят нелепость на нелепость, словно стремятся перещеголять друг друга, – настолько эта картина не вписывается в привычные представления о реальности. Невольно вспоминается известное высказывание Нильса Бора по поводу очередной заковыристой гипотезы: эта идея, безусловно, безумна, но весь вопрос в том, достаточно ли она безумна, чтобы быть истинной. Между тем Бор вовсе не валял дурака, а всего лишь хотел подчеркнуть тот бесспорный факт, что современная физика выходит на такие уровни постижения реальности, которые напрочь лишены наглядности и не имеют аналогий в повседневном житейском опыте.

За фасадом обыденности прячутся неуловимые тени, ускользающие от всех и всяческих определений. Когда мы говорим, что вот этот предмет зеленого цвета, этот – красного, а вон тот – синего, каждому интуитивно понятно, о чем идет речь. Однако в действительности никакого синего цвета нет, есть только строго определенная длина волны электромагнитного излучения. Пчела или стрекоза воспринимают синий цвет совершенно иначе, поскольку их фасеточный глаз по-другому устроен и способен видеть в ультрафиолетовом диапазоне. Их синий и наш синий – это земля и небо. Стрекозиный синий цвет наверняка будет куда богаче оттенками и полутонами, хотя длина волны соответствующего участка спектра в обоих случаях останется в точности той же самой. Субъективная картина мира сплошь и рядом не имеет ничего общего с изнаночной сутью вещей, принципиально недоступных обыденному восприятию, которое руководствуется соображениями здравого смысла. Органы чувств – не золотой ключик и не волшебная отмычка, а всего-навсего удобный инструмент, помогающий биологическим видам приспособиться к среде обитания. Современная физика все дальше уходит от наглядности, оперируя категориями, которые могут быть адекватно описаны только на языке строгой математики. Еще совсем недавно атом рисовали в форме миниатюрной солнечной системы: положительно заряженное ядро в центре в роли крохотного светила и отрицательно заряженные шустрые электроны, крутящиеся наподобие планет вокруг ядра. Сегодня мы знаем, что эта идиллическая картинка не имеет с реальностью ничего общего. Во-первых, электроны не могут располагаться на произвольных орбитах вокруг ядра, а вынуждены занимать жестко фиксированные уровни, которые определяются энергией, имеющейся в распоряжении того или иного электрона. Отчасти это напоминает лестницу: скакать со ступеньки на ступеньку можно сколько угодно, а вот висеть между ними – извините-подвиньтесь! Во-вторых, электроны совсем не похожи на твердые планеты-шарики, хотя мы и говорим, что электрон вращается вокруг ядра. На самом деле ни о каком движении в привычном понимании этого слова здесь не может быть и речи: электрон не крутится как заведенный, но находится в некотором определенном состоянии, которое описывается сложной волновой функцией. Иными словами, мы имеем право говорить только лишь о вероятности пребывания электрона в той или иной точке.

И не спешите восклицать, что этого не может быть. Бывает всякое, и если так называемый здравый смысл откровенно пасует, отказываясь отделять зерна от плевел, это еще не повод, чтобы выбрасывать в мусорную корзину головоломные научные построения.

Можно вспомнить эпизод из повести братьев Стругацких «Улитка на склоне», когда Перец (один из главных героев) безуспешно пытается попасть на прием к директору некоего загадочного Управления по делам не менее загадочного Леса. Ким, начальник Переца, его утешает и говорит, что со временем все образуется, а когда Перец в сердцах кричит, что эта нелепая секретность ему уже поперек горла и он желает знать хотя бы такую малость, как директор выглядит, то получает исчерпывающий ответ.

– Какой? Невысокого роста, рыжеватый ‹...›

– А Тузик говорит, что он сухопарый и носит длинные волосы, потому что у него нет одного уха.

– Это какой еще Тузик?

– Шофер, я же тебе рассказывал.

Ким желчно засмеялся.

– Откуда шофер Тузик может все это знать? Слушай, Перчик, нельзя же быть таким доверчивым.

– Тузик говорит, что был у него шофером и несколько раз его видел.

– Ну и что? Врет, вероятно. Я был у него секретарем, а не видел его ни разу.

– Кого?

– Директора. Я долго был у него секретарем, пока не защитил диссертации.

– И ни разу его не видел?

– Ну естественно! Ты воображаешь, что это так просто?

– Подожди, откуда же ты знаешь, что он рыжеватый и так далее?

Ким покачал головой.

– Перчик, – сказал он ласково. – Душенька. Никто никогда не видел атома водорода, но все знают, что у него есть одна электронная оболочка определенных характеристик и ядро, состоящее в простейшем случае из одного протона.

Во многом знании много печали, говорили наши мудрые предки. Для чего попусту апеллировать к здравому смыслу? Если некое теоретическое утверждение целиком и полностью согласуется с опытными данными, его следует признать верным, а не заниматься пустой схоластикой. Построена крепкая и надежная модель, и покуда она работает – чего ж вам боле? Перестанет работать – ее место займет другая. Наука не религия, ее не увлекает сакраментальный вопрос «что есть истина». Наука не предлагает окончательных решений, а строит модели. Но при этом не следует забывать, что любая модель расплывчата и несовершенна; она ни в коем случае не реальность, а только ее отпечаток, и боровская модель атома ничуть не похожа подлинный атом.

И если популяризаторы от физики толкуют о дуализме свойств, изначально присущих всему населению микромира, нужно всегда помнить, что это не более чем фигура речи. Нельзя сказать, чтобы они сильно погрешили против истины, поскольку электрон действительно ведет себя как заправский фокусник, в мгновение ока меняющий обличье: то обернется волной, а то от души продемонстрирует свои корпускулярные свойства. На самом деле всему виной наши удушливые стереотипы, которые имеют к природе вещей самое косвенное отношение. Электрон не является ни волной, ни частицей, поскольку изнанка вещей творилась не под человека; электрон – всего-навсего электрон, двуликий Янус, ведущий себя так, как ему предначертано. В одних случаях он выступает как частица, а в других – как волна, оставаясь при этом непостижимой вещью в себе с фиксированной массой, отрицательным зарядом и полуцелым спином.