Анатолий Томилин - Занимательно о космологии Страница 59

Правда, три года назад проблема регистрации нейтрино, излучаемых Солнцем, тоже казалась удручающе сложной. Между тем сейчас уже почти ни у кого нет сомнений, что именно нейтринной астрономии принадлежит будущее в исследовании Солнца, и притом будущее, не столь отдаленное. В «окуляре» нейтринного телескопа мы увидим недра нашей звезды. (Нейтринный телескоп вряд ли вообще можно назвать телескопом в обычном смысле, настолько он не похож по внешнему виду на традиционный астрономический инструмент. Но коль скоро название сохранилось, то почему не назвать счетчики «окуляром»?) Если удастся уловить «холодные» реликтовые нейтрино, это будет едва ли не главным доказательством в пользу «горячей» модели.

И наконец последний, хотя и вполне «законный», вопрос. Ну хорошо, предположим, что мы научились вылавливать и фиксировать «холодные» нейтрино и подошли на 0,3 секунды к «большому взрыву», а нельзя ли еще ближе?.. После 0,3 секунды жизни плотность «первичного кома» материи больше, как мы говорили, 10 миллионов г/см3. Даже нейтрино (!) не в состоянии вырваться из такого «теста». Как же быть?

Здесь мы приблизились к последнему реальному, хотя пока и не в практическом смысле, информационному агенту: гравитационным волнам. Они — голубая мечта физики завтрашнего дня. Да, в наши дни время от времени в печати появляются одиночные сообщения об экспериментах по приему гравитационного излучения, но все эти сообщения пока еще недостаточно убедительны, чтобы им можно было надежно поверить.

Гравитационные волны должны обладать еще большей проникающей способностью, чем нейтрино, и должны доходить до нас из областей, плотность которых описывается числом граммов на кубический сантиметр, содержащим девяносто три нуля после значащей цифры (4·1093 г/см3)! Конечно, цифра эта может и не пробудить в нас особых эмоций. Но автору становится не по себе. При таких плотностях мы настолько близко подбираемся к вожделенному «нуль-пункту», что остатком времени можно пренебречь. Есть предположение, что при плотностях больше 1093 г/см3 законы нашей физики перестают годиться. Нарушаются фундаментальнейшие принципы, даже такие, например, как принцип причинности. Впрочем, чтобы не удариться в чистую фантастику, автор предпочитает ограничиться сказанным и не раскрывать перед читателем горизонты сверхплотного мира.

Некогда Гамов говорил, что с физической точки зрения мы должны полностью забыть о существовании периода до взрыва и о моменте взрыва. Несмотря на то что его «пять актов» охватывают, казалось бы, все время от «нуль-пункта», Гамов считал, что мы можем проследить развитие вселенной, основанное на достоверных фактах, лишь от нашего времени до одного миллиарда лет от «начала». Так было четверть века назад. Затем «реликтовое излучение» приблизило нас на ступеньку 300 тысяч лет от начала. Не исключено, что пройдет несколько лет, и крайним сроком «начала» вселенной, о котором у нас будут надежные факты, станут 0,3 секунды. Поживем, увидим…

Критерием истинности любой теории является опыт. (Высказанная истина настолько тривиальна, что автору даже неудобно начинать с нее заключительный параграф об итогах развития классической общерелятивистской космологии за пролетевшие пятьдесят четыре года.) Для космологии это тоже закон. Во-первых, такая наука, бывшая безраздельно умозрительной, стала опираться на данные опыта, на данные наблюдений — факт сам по себе замечательнейший. Во-вторых, сочетание слов «классической, общерелятивистской космологии»… разве не говорит о ее признании? Сегодня мы смело можем сказать, что все имеющиеся в нашем распоряжении факты подтверждают космологию вселенной, построенную на фундаменте общей теории относительности.

Конечно, пока модели вселенной, построенные на основе теории Эйнштейна — Фридмана, лишь первые попытки математического описания наблюдаемого разбегания галактик; самые первые попытки и, конечно, чрезвычайно упрощенные. Мы еще слишком мало знаем наверняка, слишком мало имеем конкретных фактов о вселенной, чтобы построить адекватную модель. Но мы на правильном пути: факты, теория и снова факты.

Конечно, в космологии немало затруднений. И первое из них, о котором говорит выдающийся советский космолог А. Л. Зельманов, заключается в множественности моделей. При любом значении космологической постоянной уравнения Эйнштейна допускают множество решений, а следовательно, и множество моделей разных типов.

«Множественность моделей естественна, если их применяют лишь к ограниченным областям вселенной, — пишет А. Л. Зельманов. — Но модель вселенной, как целого, если такая, модель вообще принципиально возможна (что далеко не очевидно), должна быть единственна, как единственна и сама вселенная». «Единственна ли?» — сомневаются другие ученые.

Велики затруднения и с объяснением сингулярности, то есть наличия «особого состояния» в начале расширения фридмановских моделей. Действительно, как представить себе вселенную, стянутую в точку с чудовищной плотностью вещества?.. Мы уже знаем, что на сем затруднении усиленно пытались погреть руки теологи, но и без них это обстоятельство явилось камнем преткновения для многих теоретиков. За пятьдесят с лишним лет существования релятивистской космологии были предприняты неисчислимые попытки обойти «нуль-пункт» расширяющейся или пульсирующей модели и найти такое решение, которое, с одной стороны, не противоречило бы наблюдаемым данным, с другой — укладывалось в рамки современной физики и общей теории относительности.

Было высказано предположение, что при последующем после расширения сжатии «особая точка» достигаться не будет и вместо исчезновения вселенная будет совершать бесконечные колебания — осциллировать. Такая модель не имеет ни конца, ни начала. Она лишь пульсирует с определенным периодом. Конечно, в моменты сжатия и достижения максимальной плотности все галактики, все звезды, не говоря уже о планетах, должны разрушаться. В эти моменты, в условиях, напоминающих первые секунды «большого взрыва», происходит обновление мира. Все вещество галактик и звезд превращается в раскаленное облако плазмы, состоящей снова из смеси почти равного количества протонов и нейтронов. Затем должно начаться расширение, и весь цикл образования вещества, звезд и галактик повторится сначала.

Однако последние работы как советских физиков Я. Б. Зельдовича и И. Д. Новикова, так и американцев Р. Пенроуза и С. Хоукинга настойчиво требуют признания неизбежности существования «особых точек» в космологических решениях общерелятивистских уравнений.

При этом сущность «особой точки» (сущность особого — сингулярного — состояния материи в момент наибольшего сжатия) до сих пор остается неизвестной. Некоторые специалисты считают ее математическим символом какого-то физического состояния, пока еще неизвестного и недоступного анализу.

В 1969 году советские физики В. А. Белинский, Е. М. Лифшиц и И. М. Халатников, а также американец Ч. Мизнер считали существование сингулярности результатом исходных упрощений теории. Решая уравнения общей теории относительности, они нашли новый класс космологических моделей, в которых вселенная, приближаясь к «нуль-пункту», из-за своей неоднородности начинает осциллировать во времени. Тем самым предотвращается наступление сингулярного состояния. В работах советских физиков по-новому ставится вопрос о физическом смысле времени вблизи «нуль-пункта». На конечном интервале времени число осцилляций оказывается бесконечным. А следовательно, если измерять время числом циклов, то оно само окажется бесконечным. В этом смысле у теории пульсирующей вселенной есть свои достоинства. Некоторые ее предсказания получили поразительно точное подтверждение. Но есть у нее и серьезные затруднения, все еще не преодоленные ни с помощью наблюдений, ни теорией.

Скорее всего сингулярность указывает предел, до которого теория тяготения Эйнштейна пригодна. А дальше?..

При больших плотностях, по-видимому, нужна другая теория.

Единое «начало» вселенной порождает и трудность, связанную со шкалой времени. Помните, по старой шкале метагалактических расстояний, существовавшей до 1952 года, продолжительность эпохи расширения равнялась T = 1/H = 1/540 = 1,8 миллиарда лет. Этот срок находился в вопиющем противоречии даже с возрастом земной коры. Сейчас принято считать Т = 10–13 миллиардов лет. Это, конечно, лучше, но не намного. Космогонисты предполагают, что возраст наиболее старых звезд примерно… 25 миллиардов лет. Но звезды не могли образоваться до «рождения вселенной».

Вообще надо сказать, что многие специалисты в области космогонии настроены по отношению к космологии довольно решительным образом. Вот, например, что говорил Виктор Амазаспович Амбарцумян, основатель и глава широко известной во всем мире школы космогонии.