Виктор Стенджер - Бог и Мультивселенная. Расширенное понятие космоса

• Название: Бог и Мультивселенная. Расширенное понятие космоса
• Автор: Виктор Стенджер
• Издательство: Питер
• Жанр: Научпоп
• Год: 2016
• ISBN: 978-5-496-01765-7

На наших глазах фантастика становится реальностью. Новейшие исследования позволяют предположить, что наблюдаемая часть Вселенной — лишь крошечный участок несравненно более обширной и грандиозной Мультивселенной. В этой книге увлекательно и доступно рассказано о формировании современной картины мира, о том, как решительно и болезненно она пересматривалась с развитием науки, о том, какие невероятные горизонты открываются перед космологией, стоит только выйти из плоскости, заданной теорией Большого взрыва и традиционной астрофизикой.

Последняя работа Виктора Стенджера, в которой он фактически подводит итоги своей научной деятельности и жизни, убедительно доказывает, что Мультивселенная могла возникнуть естественным путем, без вмешательства каких-либо высших сил.

---

В 1974 году Райл разделил Нобелевскую премию по физике с коллегой по Кембриджу Энтони Хьюишем, чья студентка Джоселин Белл открыла первый пульсар (подробности чуть позже). Это была первая Нобелевская премия, присужденная за достижения в астрономии. Но не последняя.

Тот факт, что Вселенная за миллиарды лет изменила свой облик, указывал на ошибочность идеального космологического принципа в определении Хойла. Однако вместо того, чтобы утверждать, что Вселенная должна выглядеть одинаково в любом месте и времени, можно ввести космологический принцип, который служит той же цели, что и предложенный Хойлом, то есть распространению принципа Коперника с пространства на время. Нам просто нужно, чтобы модели, создаваемые учеными для описания Вселенной, можно было применять везде и всегда. Спектральные линии и другие базовые физические свойства квазаров — наиболее удаленных объектов, которые мы к тому же наблюдаем в их глубоком прошлом, — ничем не отличаются от тех, что можно наблюдать в современных лабораториях, подтверждая тем самым такой вариант космологического принципа.

Звездный нуклеосинтез

Идеи Хойла получили огромную поддержку, когда он и его коллеги смогли разработать успешную теорию формирования химических элементов в звездах, названную звездным нуклеосинтезом и опубликованную в 1957 году{176}. Это пошатнуло позиции модели Большого взрыва, поскольку механизм первичного нуклеосинтеза не подтвердился.

В 1952 году физик Эдвин Солпитер обнаружил новый способ преодолеть область нестабильности между 5-м и 8-м нуклонами при формировании элементов тяжелее гелия. В открытой им так называемой тройной гелиевой реакции две альфа-частицы, то есть ядра гелия-4 (Не4), сначала объединяются в ядро бериллия-8 (Be8), состоящее из четырех протонов и четырех нейтронов{177}. Однако ядро бериллия нестабильно, что, как мы уже знаем, стало важным ограничением, не позволяющим первичному нуклеосинтезу продолжаться. Солпитер доказал, что при достаточно высокой температуре и плотности ядро Be8 может захватить еще одно ядро Не4, успевая до распада образовать стабильное ядро углерода-12 (С12). Вот как выглядит эта реакция:

Не4 + Не4 → Be8; Не4 + Ве8 → С12.

Разумеется, углерод — ведущий элемент в возникновении жизни, какой мы ее знаем. Ядра других элементов, также необходимых для жизни, таких как кислород и кальций, тоже могут образовываться из Не4, соединяясь с другими ядрами:

Не4 + С12 → О16; Не4 + O16→Са20.

Теоретически такие процессы могли протекать во время Большого взрыва. Однако температура должна была упасть ниже 1 млрд. градусов, поскольку при более высокой температуре ядра распадаются вследствие фотоядерных реакций с той же скоростью, с которой образуются. При такой температуре плотность ранней Вселенной упала до 10-4 г/см3, а этого слишком мало для процессов, описанных Солпитером.

В 1954 году Хойл доказал, что, когда звезда сжигает все свои запасы водорода и схлопывается под воздействием гравитации, ее ядро достигает температуры порядка 100 млн. градусов и плотности около 10 000 г/см3, позволяя тройной гелиевой реакции произойти{178}.

Стационарная вселенная и Бог

Одно из серьезных возражений против модели Большого взрыва, которое высказывали Хойл, Бонди, Голд и другие сторонники стационарной модели Вселенной, носило, по выражению Хойла, эстетический характер. Любое объяснение внезапного появления Вселенной должно опираться на «неизвестные науке причины»{179}. Под этим он имел в виду метафизику. Хойл был атеистом, не скрывающим своих убеждений, и даже в 1982 году продолжал нападать на ученых, придерживавшихся теории Большого взрыва, которых к тому моменту было уже большинство, незаслуженно приписывая им религиозные мотивы:

«Меня всегда удивляло то, что, хотя большинство ученых заявляют об отказе от религии, на деле она владеет их сознанием больше, чем сознанием представителей духовенства. Маниакальное неистовство, с которым коллективное сознательное современной науки вцепилось в космологию Большого взрыва, очевидно, следует из глубоко укоренившейся привязанности к первой главе Книги Бытия — религиозный фундаментализм чистой воды»{180}.

В автобиографии, написанной в 1994 году, он заявляет: «Космология Большого взрыва — это разновидность религиозного фундаментализма»{181}.

Однако, как мы знаем теперь, модель Большого взрыва одержала победу, в то время как стационарная модель Вселенной канула в небытие — и на то была лучшая причина из всех возможных. Модель Большого взрыва согласовывалась со всеми имеющимися данными, а стационарная модель — нет. Однако Хойл и его коллеги все равно снискали вечную славу, так как теория звездного нуклеосинтеза тоже подтвердилась. Однако она не имеет никакого отношения к стационарной модели Вселенной, и ее успех никак не противоречит модели Большого взрыва.

Возможно, именно из-за своих атеистических взглядов Хойл с предубеждением относился к Большому взрыву и был настроен на поиск другого объяснения синтеза атомных ядер, нежели формирование этих элементов на ранних этапах развития Вселенной. В любом случае сегодня звездный нуклеосинтез стал неотъемлемой частью космологии, первичный же нуклеосинтез обеспечил формирование лишь довольно большого количества сравнительно легких элементов, возместив недостающие звенья звездного нуклеосинтеза. В науке, как и в футболе, не всегда все происходит так, как можно ожидать.

Активные галактики

Возможно, самым важным с точки зрения космологии открытием до обнаружения в 1964 году реликтового излучения, о котором мы поговорим в следующей главе, стало наблюдение квазизвездных объектов, теперь широко известных как квазары. В 1960 году радиоастрономия переживала расцвет и было обнаружено около сотни любопытных объектов, излучающих в радиодиапазоне, которые, казалось, имели очень небольшие угловые размеры. Один из них, 3С48, астроном Джон Болтон отождествил с видимым астрономическим объектом. В 1963 году Мартен Шмидт, используя 200-дюймовый телескоп Хейла, установленный в Паломарской обсерватории, нашел источник видимого излучения, соответствующий радиоисточнику 3С273.{182} На самом деле 3С273 можно увидеть с помощью сравнительно небольших любительских телескопов — он выглядит как обычная звезда, хоть и называется квазизвездным объектом.

Измеряя оптический спектр объекта, Шмидт обнаружил, что спектральные линии водорода смещались со скоростью 47 400 км/с, что составляет 15,8% от скорости света. Если на основании скорости, рассчитанной из красного смещения, определить по закону Хаббла расстояние до 3С273, выяснится, что он находился на расстоянии 2 млрд. световых лет от нас, когда испустил наблюдаемый теперь свет. Заметьте, что сейчас он находится намного дальше, так как Вселенная с тех пор все время расширялась. Это определенно была не отдельная звезда.

По оценке Шмидта, этот объект, судя по расстоянию, рассчитанному по закону Хаббла, должен был быть в 100 раз ярче, чем любая галактика, которую до сих пор отождествляли с радиоисточником, а свет его исходил от ядра размерами менее 3 световых лет в поперечнике. Работая в Паломарской обсерватории и имея на вооружении более серьезное оборудование, чем любительский телескоп, Шмидт также увидел оптический джет (полярный струйный выброс) длиной приблизительно 150 световых лет и связал его с соответствующим радиосигналом. Из этого он сделал вывод, что объект имеет галактические масштабы.

В статье, вышедшей вскоре после публикации работы Шмидта в журнале Nature, Джесси Гринстейн и Томас Мэтьюз сообщили о том, что красное смещение объекта 3С48 соответствует скорости 110200 км/с, то есть 37% от скорости света, из чего следовало, что расстояние до объекта составляет почти 5 млрд. световых лет{183}.

Некоторое время обсуждались альтернативные объяснения свойств квазаров, что позволяло бы расположить их намного ближе к Земле, но вскоре стало совершенно ясно, что они на самом деле находятся очень далеко и испускают излучение гигантской, беспрецедентной мощности{184}.

В итоге квазары отнесли к классу астрономических объектов, называемых активными галактиками. Это галактики, светимость которых намного выше, чем светимость обычных галактик, для них характерны крупные спектральные линии, ассоциируемые, как правило, с центральным ядром, а также мощное радио- и рентгеновское излучение. Они зачастую имеют джеты в тысячи световых лет длиной, направленные от центра к периферии. Для них также характерна переменная светимость, которая может за несколько дней измениться в два раза, что весьма необычно для объекта галактических размеров. Из этого следует, что источник невероятной энергии активной галактики сосредоточен на участке всего в несколько световых лет, совсем крошечном по сравнению с размерами галактики, подобной Млечному Пути, которые достигают 100 тыс. световых лет в диаметре. Теперь стало ясно, что эти объекты представляют собой черные дыры сверхвысокой массы. Активные галактики делятся на три подкласса.