Современная научная космология
венными изменениями. Микромир, о котором мы уже говорили,
оказался совсем не похожим на то, что, изучают астрономы. Что же касается
Мегамира, несмотря на естественную ограниченность наших размеров и знаний,
есть все основания утверждать, что с переходом к космическим масштабам нам
нередко приходится встречаться с чем-то принципиально новым, неведомым в
земной человеческой практике.
1.2. Начало научной космологии
Основателем научной космологии считается Николай Коперник, который
поместил Солнце в центр Вселенной и низвел Землю до положения рядовой
планеты Солнечной системы. Конечно, он был весьма далек от правильного
понимания устройства мира. Так, по его убеждению, за орбитами пяти
известных в то время планет располагалась сфера неподвижных - звезд. Звезды
на этой сфере считались равноудаленными от Солнца, а природа их была
неясной. Коперник не видел в них тел, подобных Солнцу, и, будучи служителем
церкви, склонялся к мнению, что за сферой неподвижных звезд находится
«эмпирей», или «жилище блаженных» - обитель сверхъестественных тел и
существ.
В одном Коперник был твердо уверен - радиус сферы неподвижных звезд
должен был быть очень велик. Иначе было бы трудно объяснять, почему с
движущейся вокруг Солнца Земли звезды кажутся неподвижными.
Поставьте перед лицом указательный палец и посмотрите на него
попеременно то правым, то левым глазом - палец будет смещаться па фоне
более далеких предметов, например, стены. Такое кажущееся смещение предмета
при изменении позиции наблюдателя называется параллактическим смещением.
Расстояние между крайними точками наблюдения называется базисом. Чем больше
базис, тем больше и параллактическое смещение. Чем дальше от нас
наблюдаемый предмет, тем меньше параллактическое смещение. Отодвиньте палец
от лица и вы легко в этом убедитесь.
Хотя расстояние от Земли до Солнца во времена Коперника в точности не
было известно, многие факты говорили о том, что оно весьма велико. Казалось
бы, при этом звезды должны описывать на небе маленькие окружности -
своеобразное отражение действительного обращения Земли вокруг Солнца. Но
такие параллактические смещения звезд явно отсутствовали, из чего Коперник
и сделал вывод о колоссальных размерах сферы неподвижных звезд.
Вселенная по Копернику - мир в скорлупе. В этой модели легко найти
немало пережитков средневекового мировоззрения. Но прошло всего несколько
десятилетий, и Джордано Бруно разбил коперниковскую «скорлупу» неподвижных
звезд.
Д. Бруно считал звезды далекими солнцами, согревающими бесчисленные
планеты других планетных систем. Бруно считал глупцом того, кто мог думать,
что могучие и великолепные мировые системы, заключающиеся в беспредельном
пространстве, лишены живых существ. Так прозвучала беспредельно смелая по
тем временам мысль о пространственной бесконечности Вселенной. Он считал,
что Вселенная бесконечна, что существует бесчисленное число миров, подобных
миру Земли. Он полагал, что Земля есть светило, и что ей подобны Луна и
другие светила, число которых бесконечно, и что все эти небесные тела
образуют бесконечность миров. Он представлял себе бесконечную Вселенную,
заключающую в себе бесконечное множество миров.
Идеи Бруно намного обогнали его век. Но он не мог привести ни одного
факта, который бы подтверждал его космологию - космологию бесконечной,
вечной и населенной Вселенной.
Прошло всего десятилетие, и Галилео Галилей в изобретенный им телескоп
увидел в небе то, что до сих пор оставалось скрытым для невооруженного
глаза. Горы на Луне наглядно доказывали, что Луна и в самом деле есть мир,
похожий на Землю. Спутники Юпитера, кружащиеся вокруг величайшей из планет,
походили на наглядное подобие Солнечной системы. Смена фаз Венеры не
оставляла сомнений в том, что эта освещенная Солнцем планета действительно
обращается вокруг него. Наконец, множество невидимых глазом звезд и
особенно удивительная звездная россыпь, составляющая Млечный путь, - разве
все это не подтверждало учение Бруно о бесчисленных солнцах и землях? С
другой стороны, темные пятна, увиденные Галилеем на Солнце, опровергали
учение Аристотеля и других древних философов о неприкосновенной чистоте
небес. Небесные тела оказались похожими на Землю, и это сходство земного и
небесного заставляло постепенно отказаться от ошибочного представления о
Солнце как центре всего Мироздания.
Современник и друг Галилея, Иоганн Кеплер, уточнил законы движения
планет, а великий Исаак Ньютон доказал, что все тела во Вселенной
независимо от размеров, химического состава, строения и других свойств
взаимно тяготеют друг к другу. Космология Ньютона вместе с успехами
астрономии XVIII и XIX веков определила то мировоззрение, которое иногда
называют классическим. Оно стало итогом начального этапа развития научной
космологии.
Эта классическая модель достаточно проста и понятна. Вселенная
считается бесконечной в пространстве и во времени, иными словами, вечной.
Основным законом, управляющим движением и развитием небесных тел, является
закон всемирного тяготения. Пространство никак не связано с находящимися в
нем телами и играет пассивную роль вместилища для этих тел. Исчезни вдруг
все эти тела, пространство и время сохранились бы неизменными. Количество
звезд, планет и звездных систем во Вселенной бесконечно велико. Каждое
небесное тело проходит длительный жизненный путь. И на смену погибшим,
точнее, погасшим звездам вспыхивают новые, молодые светила. Хотя детали
возникновения и гибели небесных тел оставались неясными, в основном эта
модель казалась стройной и логически непротиворечивой. В таком виде эта
классическая модель господствовала в науке вплоть до начала XX века.
Бесконечности Вселенной в пространстве гармонично соответствовала ее
вечность во времени. Ныне, миллиард лет назад, миллиарды лет в будущем она
останется, в сущности, одной и той же. Неизменность космоса как бы
подчеркивала бренность, непостоянство всего земного.
2. КОСМОЛОГИЧЕСКИЕ ПАРАДОКСЫ
2.1. Фотометрический парадокс
Первая брешь в этой спокойной классической космологии была пробита еще
в XVIII в. В 1744 г. астроном Р. Шезо, известный открытием необычной
«пятихвостой» кометы, высказал сомнение в пространственной бесконечности
Вселенной. В ту пору о существовании звездных систем и не подозревали,
поэтому рассуждения Шезо касались только звезд.
Если предположить, утверждал Шезо, что в бесконечной Вселенной
существует бесчисленное множество звезд и они распределены в пространстве
равномерно, то тогда по любому направлению взгляд земного наблюдателя
непременно натыкался бы на какую-нибудь звезду. Легко подсчитать, что
небосвод, сплошь усеянный звездами, имел бы такую поверхностную яркость,
что даже Солнце на его Фоне казалось бы черным пятном. Независимо от Шезо в
1823 г. к таким же выводам пришел известный немецкий астроном Ф. Ольберс.
Это парадоксальное утверждение получило в астрономии наименование
фотометрического парадокса Шезо-Ольберса. Таков был первый космологический
парадокс, поставивший под сомнение бесконечность Вселенной.
Устранить этот парадокс ученые пытались различными путями. Можно было
допустить, например, что звезды распределены в пространстве неравномерно.
Но тогда в некоторых направлениях на звездном небе было бы видно мало
звезд, а в других, если звезд бесчисленное множество, их совокупная яркость
создавала бы бесконечно яркие пятна, чего, как известно, нет.
Когда открыли, что межзвездное пространство не пусто, а заполнено
разреженными газово-пылевыми облаками, некоторые ученые стали считать, что
такие облака, поглощая свет звезд, делают их невидимыми для нас. Однако в
1938 г. академик В. Г. Фесенков доказал, что, поглотив свет звезд, газово-
пылевые туманности вновь переизлучают поглощенную ими энергию, а это не
избавляет нас от фотометрического парадокса.
2.2. Гравитационный парадокс
В конце XIX в. немецкий астроном К. Зеелигер обратил внимание и на
другой парадокс, неизбежно вытекающий из представлений о бесконечности
Вселенной. Он получил название гравитационного парадокса. Нетрудно
подсчитать, что в бесконечной Вселенной с равномерно распределенными в ней
телами сила тяготения со стороны всех тел Вселенной на данное чело
оказывается бесконечно большой или неопределенной. Результат зависит от
способа вычисления, причем относительные скорости небесных тел могли быть
бесконечно большими. Так как ничего похожего в космосе не наблюдается,
Зеелигер сделал вывод, что количество небесных тел ограничено, а значит,
Вселенная не бесконечна.
Эти космологические парадоксы оставались неразрешенными до двадцатых
годов нашего столетия, когда на смену классической космологии пришла теория
конечной и расширяющейся Вселенной.
2.3. Термодинамический парадокс
Мы уже говорили о началах термодинамики и некоторых выводах из них.
Мир полон энергии, которая подчиняется важнейшему закону природы - закону
сохранения энергии. При всех своих превращениях из одного вида в другой
энергия не исчезает и не возникает из ничего. Общее количество энергии
остается постоянным. Казалось бы, из этого закона неизбежно вытекает вечный
круговорот материи во Вселенной. В самом деле, если в Природе при всех
изменениях материи она не исче
| |  скачать работу |
Современная научная космология |
