Erhalten Sie Zugang zu diesem und mehr als 300000 Büchern ab EUR 5,99 monatlich.
- Herausgeber: Питер
- Kategorie: Wissenschaft und neue Technologien
- Sprache: Russisch
Мы живем в эпоху космологической революции. Открытие в 2015 году гравитационных волн от слияния множества черных дыр звездных масс, закрывает проблему «темной материи», существование которой не могли объяснить более полувека. Это открытие привело к созданию модели осциллирующей Вселенной, в динамике которой гравитационное излучение и черные дыры играют ключевую роль. Стивен Хокинг считал, что ничто до Большого взрыва не может повлиять на нас. Мы полагаем, что он ошибался: история Вселенной до Большого взрыва имеет важное значение для нашего космологического цикла, и реликты прошлых циклов в изобилии рассеяны вокруг. И главными реликтовыми объектами являются массивные черные дыры. В данной книге впервые описывается циклическая космология, объясняющая физический механизм Большого взрыва и современного ускорения расширения Вселенной (феномен положительной космологической постоянной или «темной энергии»). Популярное изложение ключевых проблем космологии и их разрешение с помощью теории осциллирующей вселенной доступно самому широкому кругу читателей, интересующихся данной темой. В приложении содержится исчерпывающее математическое описание осциллирующей Вселенной с переменной гравитационной массой.
Sie lesen das E-Book in den Legimi-Apps auf:
Seitenzahl: 454
Veröffentlichungsjahr: 2024
Das E-Book (TTS) können Sie hören im Abo „Legimi Premium” in Legimi-Apps auf:
Ähnliche
Николай Горькавый
Пульсирующая Вселенная. — СПб.: Питер, 2024.
ISBN 978-5-00116-913-0
© ООО Издательство "Питер", 2024
Оглавление
Посвящение
Посвящается моим соавторам, выдающимся ученым и замечательным людям, без которых модель осциллирующей Вселенной осталась бы неполной, а эта книга не появилась бы:
Джону Мазеру, Александру Василькову, Сергею Тюльбашеву.
Н. Горькавый и Дж. Мазер, 2013
С. Тюльбашев
А. Васильков, 2019
Часть I. Рождение феникс-космологии (1755–1965)
Дебаты о том, как возникла наша Вселенная, проходили в течение всей известной нам истории.
Стивен Хокинг (1993)
Глава 1. Краткая история циклической космологии до 1915 года
Этот космос, один и тот же для всех, не создал никто из богов, никто из людей, но он всегда был, есть и будет вечно живой огонь, мерно возгорающийся, мерно угасающий.
Гераклит (в изложении Алекса Климента)
Идея цикличности Вселенной встречается в целом ряде древних текстов и у многих античных авторов. Например, блестящий диалектик и язвительный мизантроп Гераклит Эфесский (V–VI в. до н.э.), учивший о важности существования противоположных начал в природе, говорил: «Все составилось из огня и в огонь разрешается. Все совершается по судьбе и слаживается взаимной противобежностью. ...Начало есть огонь, все есть размен огня и возникает путем разрежения и сгущения. ...Все возникает по противоположности и всею цельностью течет как река. Вселенная конечна, и мир един. Возникает он из огня и вновь исходит в огонь попеременно, оборот за оборотом, в течение всей вечности...» (из книги «О жизни, учениях и изречениях знаменитых философов» Диогена Лаэртского). Ипполит пишет, что Гераклит «пугает нас, и грозит, что некогда Вселенная будет испепелена, поскольку она разложится в то, из чего возникла». («Фрагменты ранних греческих философов», 1989). Рассуждения Гераклита дошли до нас только в пересказе других авторов, но они убедительно свидетельствуют о том, что философской идее о цикличности Вселенной уже тысячи лет.
Историю современного естествознания часто начинают с трудов Исаака Ньютона (1642–1727), который открыл законы гравитации и создал современную динамику и небесную механику. Начало научной космологии можно отсчитывать с 1755 года, когда Иммануил Кант (1724–1804) выпустил свою знаменитую книгу по астрономии.
1.1. Иммануил Кант и Вселенная-феникс (1755)
Через всю бесконечность времен и пространств мы следим за этим фениксом природы, который лишь затем сжигает себя, чтобы вновь возродиться юным из пепла...
И. Кант (1755)
Иммануил Кант был гением, намного опередившим свое время. Этот трудолюбивый домосед из Кёнигсберга (ныне Калининград) прославился как великий философ, но его вклад в астрономию не менее впечатляющ. В 1755 году Иммануил Кант опубликовал труд «Всеобщая естественная история и теория неба», в котором выдвинул и развил удивительно прозорливые положения о формировании и динамике небесных тел. Ученый глубоко освоил ньютоновскую динамику и подкреплял свои соображения математическими расчетами и оценками. Кант писал: «...я с величайшей осмотрительностью старался избежать всяких произвольных измышлений. Представив мир в состоянии простейшего хаоса, я объяснил великий порядок природы только силой притяжения и силой отталкивания — двумя силами, которые одинаково достоверны, одинаково просты и вместе с тем одинаково первичны и всеобщи. Обе они заимствованы мной из философии Ньютона. Первая в настоящее время есть уже совершенно бесспорный факт природы. Вторая, которой физика Ньютона, быть может, не в состоянии сообщить такую же отчетливость, как первой, принимается здесь мною только в том смысле, в каком ее никто не оспаривает, а именно для материи в состоянии наибольшей разреженности, как, например, для паров».
Таким образом, Кант строил свои астрономические модели на притяжении Ньютона и на такой силе отталкивания, как давление. Ему удалось заложить основы современной теории образования планет из газо-пылевых околозвездных дисков (теория Канта — Лапласа). В качестве проницательности Канта можно привести следующий факт. Рассмотрев эксцентриситеты планет, Кант предположил еще в 1755 году, что «будут открыты новые планеты за Сатурном, более эксцентрические, чем Сатурн, и, следовательно, более близкие по свойствам к кометам... Последней планетой и первой кометой можно было бы... назвать ту, у которой эксцентриситет был бы настолько велик, что она в своем перигелии пересекала бы орбиту ближайшей к ней планеты...» Только в 1781 году Вильям Гершель открыл за орбитой Сатурна новую планету — Уран, что для астрономов стало полной неожиданностью. В 1846 году на основе теоретических расчетов Адамса и Леверье была открыта еще более удаленная планета-гигант Нептун. В 1930 году на обсерватории Лоуэлла был обнаружен крошечный Плутон с большим эксцентриситетом 0,25, пересекающий орбиту ближайшей к ней планеты — Нептуна. Плутон рассматривают сейчас не как планету, а фактически как крупную комету-транснептун — в полном соответствии с кантовским предвидением.
В своей книге Кант предсказал и обосновал расслоение колец Сатурна и существование в них многочисленных делений, вызванных взаимными столкновениями частиц колец. Это предсказание блестяще подтвердилось только в конце XX века в ходе пролетов «Пионеров» и «Вояджеров» возле Сатурна. До этого ни один из теоретиков не смог построить теорию колец Сатурна, которая учитывала бы их неустойчивость из-за столкновений частиц. Такие модели были развиты лишь после открытия расслоения колец (см. Горькавый Н.Н., Фридман А.М. «Физика планетных колец», 1994).
Кант был революционером и в области космологии. «Дайте мне материю, и я построю из нее мир», — гордо провозгласил он. Кант, опередив общее мнение на 170 лет, считал, что Млечный Путь, который является плоской системой из двигающихся звезд (таких далеких, что кажутся неподвижными), всего лишь одна из многих галактик: «...разве не могут возникать... еще иные млечные пути в безграничном мировом пространстве?» Кант указывал, что галактики уже видны в телескоп: «Мы с изумлением увидели на небе фигуры, которые представляют собой не что иное, как именно подобные системы неподвижных звезд, ограниченные общей плоскостью, — млечные пути... в виде эллиптических образований, мерцающих слабым светом из-за бесконечной удаленности от нас...»
Ученый не ограничивал размер Вселенной Млечным Путем, а предполагал, что она бесконечна, и ввел понятие о центре Вселенной — о точке, где находится «чрезвычайно большая масса и тело с громадной силой притяжения». Кант размышлял: «Рассеянная масса мирозданий, какими бы большими расстояниями они ни были отделены друг от друга, беспрепятственно стремились бы к гибели и разрушению, если бы с помощью присущих системам движений не было механизма связи с некоторым всеобщим центром — центром притяжения Вселенной и точкой опоры всей природы. Вокруг этого всеобщего центра тяготения всей природы, и сформировавшейся, и первозданной, в котором, без сомнения, находится масса, с необычайной притягательной силой вовлекающая в сферу своего притяжения все миры и системы, которые уже созданы временем и еще будут созданы вечностью, вокруг этого центра, по всей вероятности, начала впервые формироваться природа, и именно там наиболее густо сосредоточены системы, а по мере удаления от этого центра они все более и более рассеиваются в бесконечности пространства».
Одновременно Кант сделал замечание: «Правда, в бесконечном пространстве ни одна точка, собственно говоря, не имеет больше права называться центром, чем любая другая...» Ученый рассуждал: «Сотворение мира — дело не одного мгновения. ...Пройдут миллионы и целые горы миллионов веков, в течение которых вдали от центра природы будут создаваться и достигать совершенства все новые миры и системы миров; несмотря на системное строение своих частей, они достигнут общей связи с центром, который стал исходным пунктом формирования и средоточием творения благодаря силе притяжения своей огромной массы».
По мнению Канта, миры во Вселенной находятся в состоянии непрерывного образования и гибели. Волна образования миров идет от центра Вселенной к ее периферии. «Таким образом, сформировавшийся мир находится между развалинами уже разрушенной и хаосом еще не сформировавшейся природы; ...несмотря на все опустошения, беспрестанно производимые бренностью, размер Вселенной в общем-то будет увеличиваться».
Ученый наслаждался размышлениями о Вселенной: «Звездное небо... связывает меня сквозь необозримые дали с мирами и системами миров в безграничном времени их вращения, их начала и продолжительности».
Швейцарский профессор Рудольф Клаузиус в 1865 году опубликовал работу, в которой сделал заключение: «Энергия мира постоянна. Энтропия мира стремится к максимуму». Таким образом, Клаузиус утверждал, что законы термодинамики обрекают Вселенную на остывание, на «тепловую смерть». Канта тоже занимает вопрос: что будет, когда весь мир будет поглощен хаосом разрушения? Гениальный мыслитель еще в 1755 году оптимистично и прозорливо возразил Клаузиусу: «Есть ли основание не верить, что природа, сумевшая перейти из хаоса к закономерному порядку и стройной системе, способна с такой же легкостью восстановить себя из нового хаоса, в который ее ввергло уменьшение ее движений, и возобновить первоначальную связь? Разве пружины, приводившие в движение и порядок вещество рассеянной материи, не могут вновь, после того как остановка машины привела их в состояние покоя, быть приведены в действие приумноженными силами и довольствоваться согласованностью по тем же всеобщим законам, по которым было осуществлено первоначальное формирование? Не потребуется долгого размышления, чтобы ответить на эти вопросы утвердительно, если принять во внимание следующее. После того как вялость круговых движений в нашем мироздании в конце концов низвергнет все планеты и кометы на Солнце, жар последнего неизмеримо возрастет благодаря смешению в нем столь многих и больших масс... Усиленный до крайности новым притоком питания и чрезвычайно летучей материей, огонь этот, без сомнения, не только вновь разложит все на мельчайшие элементы, но и с расширяющей силой, соответствующей степени жара, и со скоростью, не ослабляемой никаким сопротивлением промежуточного пространства, вновь разбросает и рассеет эти элементы в том же огромном пространстве, которое они занимали до первоначального формирования природы, чтобы затем, когда сила центрального огня из-за почти полного рассеяния его массы уменьшится, сочетанием притягательных и отталкивающих сил повторить с не меньшей закономерностью прежние образования и присущие системам движения и породить новое мироздание».
Для Канта Вселенная была бесконечной, заполненной множеством млечных путей, нестационарной и даже расширяющейся. Она характеризуется как самоорганизацией, так и ростом хаоса. Вселенная Канта обладала способностью к самовосстановлению после разрушения и была бесконечна во времени. По Канту, пульсирующая Вселенная при сжатии разогревается так, что расщепляет вещество на мельчайшие элементы, после чего взрывается, разбрасывая эти частицы по огромному пространству. Расширяясь, Вселенная остывает, останавливается и снова сжимается, разогреваясь. Космологические рассуждения Канта, несущие на себе ограниченность знаний XVIII века, тем не менее поражают своей интеллектуальной силой, правильно описывая основные особенности современной циклической модели Вселенной, обсуждаемой в нашей книге.
1.2. Весто Слайфер и разлет галактик (1912–1914)
Теперь, после открытия красного смещения света, приходящего от внегалактических туманностей, у нас... есть все основания утверждать, что Вселенная отнюдь не является статической.
Р. Толмен (1934)
Весто Мелвин Слайфер (1875–1969), скромный сын фермера, начал работать в частной обсерватории Персиваля Лоуэлла в 1901 году, после окончания университета. За несколько лет Слайфер овладел спектрографией и измерил скорости вращения Марса, Юпитера, Сатурна и Урана и доказал, что Венера вращается очень медленно, а Марс имеет в атмосфере слабые следы водяного пара. В 1909 году Лоуэлл предложил Слайферу получить спектры светлых спиральных туманностей, видимых среди звезд нашей Галактики, и измерить скорость движения этих расплывчатых пятен. Их природа была неясна: некоторые астрономы полагали, что они являются далекими внегалактическими объектами, другие считали, что это внутригалактические туманности, закрученные спиралями вокруг отдельных звезд. Свет таких туманностей был слишком слаб, чтобы его можно было поймать обычным спектрографом. Слайфер решил переделать спектрограф и выбросил из него все призмы, кроме одной, а также поставил в шесть раз более светосильную фотокамеру. При такой конструкции прибора спектральные линии так сближались, что их приходилось изучать с помощью микроскопа. Зато получившийся спектрограф накапливал спектр объекта в двести раз быстрее оригинального инструмента. 17 сентября 1912 года Слайфер получил первый спектр Туманности Андромеды — самой крупной из списка возможных объектов наблюдений. Экспозиция снимка заняла почти семь часов. В ноябре и декабре Слайфер снял еще два спектра с экспозицией в 14 и 13 с половиной часов. В середине декабря Слайфер приступил к изучению полученных спектров и с удивлением обнаружил, что они значительно смещены в фиолетовую сторону. Если это смещение вызвано скоростью Андромеды и эффектом Доплера, то это означало, что Андромеда движется в сторону Земли с большой скоростью. Слайфер решил проверить эти странные данные и к январю получил четвертый спектр Андромеды. В январе 1913 года Слайфер начал детально исследовать все четыре полученных спектра и убедился, что Туманность Андромеды летит к Земле с огромной скоростью в триста километров в секунду. Это был ошеломляющий результат, потому что обычная скорость движения звезд относительно Земли составляла десятки километров в секунду. Такие же скорости должны были иметь спиральные туманности, если они являются «украшением» вокруг звезд. Если же Туманность Андромеды — большое внегалактическое скопление звезд, то таким космическим объектам полагалось, по общему мнению, еще медленнее плавать в пространстве — как крупным китам в океане.
Из результатов Слайфера следовало, что Туманность Андромеды не может принадлежать к нашей Галактике, потому что гравитационное поле Млечного Пути не способно удержать в своих пределах такие быстрые объекты. Но если Туманность Андромеды — внегалактический объект, то его скорость переворачивала все традиционные представления о космосе. К лету 1914 года Слайфер измерил спектры пятнадцати туманностей и доложил о своих результатах на августовском собрании Американского астрономического общества. Только три туманности, включая Андромеду, приближались к Млечному Пути; остальные двенадцать туманностей двигались от Земли, то есть разбегались в разные стороны. После окончания доклада весь зал встал и устроил Слайферу овацию. Вместе с другими астрономами ему аплодировал и Эдвин Хаббл (1889–1953) — молодой студент, которого только что приняли в ряды Астрономического общества. Всем ученым стало понятно то, в чем был уверен Кант еще в 1755 году: туманности — это такие же галактики, как и наш Млечный Путь (см. илл. 1 и 2). Но что заставляет их разбегаться в разные стороны?
В апреле 1917 года Слайфер выступил на конференции в Филадельфии. К тому времени он измерил скорости 25 галактик и только четыре из них двигались к Солнцу — остальные убегали от него, отчего их спектры смещались в красную сторону. Слайфер заключил, что это выглядит так, словно галактики отчего-то рассеиваются в пространстве. Результаты Слайфера были революционными: они убедили астрономов в том, что Вселенная на много порядков больше Млечного Пути и состоит из множества галактик, которые разбегаются в разные стороны с огромными скоростями. Стала очевидной необходимость кардинального пересмотра взглядов на Вселенную, потому что механика Ньютона не могла объяснить такой разлет галактик.
Настало время нестационарной Вселенной, которое предвидел Иммануил Кант.
