К концу нашего столетия сложилась некая общая модель строения и эволюции Вселенной. В ее основу была положена специальная и общая теория относительности (ОТО) Альберта Эйнштейна. В 1928 году русский физик А.А. Фридман, используя ОТО, построил математическую модель, согласно которой Вселенная, где мы имеем честь проживать, родилась из одной непонятно где находившейся точки. После Большого Взрыва из этой неопределенной точки - сингулярности - сначала появилась энергия, потом материя в виде элементарных частиц. Далее шло формирование химических элементов, из которых и началось образование звездных систем, галактик и метагалактик. Согласно этой модели, Вселенная может идти двумя эволюционными путями. Первый - бесконечное расширение Вселенной. Второй - после фазы расширения наступает фаза сжатия, коллапсация Вселенной снова в точку (рис. 2).
Рис. 2. Модель Вселенной по Фридману
Выбор того или иного варианта зависит от критической плотности материи во Вселенной, оцениваемой примерно в 10-29 г/см3. Если плотность выше этой величины, происходит коллапсация. В противном случае наши далекие потомки будут наблюдать постепенное расширение и взаимное удаление галактик друг от друга (открытая модель Фридмана, описываемая геометрией Лобачевского). В поддержку этой модели послужило открытие в 1929 году <красного смещения> в спектрах галактик, обнаруженное астрономом Э. Хабблом. Если свет от космического объекта, усиленный телескопом, пропустить через призму (рис. 3),
Рис. 3. Разложение света по спектру
можно получить спектрограмму этого объекта (рис. 4). В 1918 и 1924 гг. был опубликован знаменитый каталог Г. Драйвера - HD. Этот каталог содержал около 400 000 звезд. Каждой звезде был приписан спектральный тип. По виду линейчатого спектра звезды были распределены на классы. Каждый класс обозначен буквой: O, B, A, F, G, К, М и разделен на подклассы с указанием цифрового индекса. Например, наше Солнце имеет обозначение G6. Гарвардская последовательность определяет температуры звезд. Самые горячие - класса О. Солнце
согласно этому является довольно-таки заурядной звездой на Главной последовательности
Рис. 4. Виды спектров [1 – непрерывный; 2-4 – линейчатые эмиссионные; 5 – непрерывный спектр Солнца]
диаграммы Герцшпрунга-Рассела (рис. 5) и находится на самой окраине нашей Галактики, один из рукавов которой мы и наблюдаем в виде Млечного Пути. Центр Галактики при этом находится в направлении созвездия Девы (рис. 6).
При изучении спектрограмм удаленных галактик было обнаружено смещение линий излучения и поглощения в красную сторону спектра. Согласно эффекту Доплера это означало, что данные объекты удаляются от наблюдателя. (С этим эффектом сталкивался каждый читатель - тон звука от проносящегося мимо вас автомобиля меняется с высокого на более низкий. Когда автомобиль приближается к вам, его скорость суммируется со скоростью распространения звука в воздухе. Когда удаляется - скорость движения автомашины вычитается из скорости звука.) Чем дальше от нас находятся галактики, тем быстрее они удаляются. В результате этого возникла граница оптической видимости Вселенной, дальше которой мы не можем ничего наблюдать. На границе оптической видимости - 15 млрд световых лет
Рис. 5. Диаграмма Герцшпрунга–Рассела
(световой год - расстояние, которое квант света проходит за 1 год земного времени), галактики и квазары (квазизвездные объекты размерами с галактику) удаляются от нас со скоростью света, и их спектрограммы полностью смещаются в красную область спектра. Однако если сместить точку наблюдения, сместится и видимая граница Вселенной. Наблюдению откроются скрытые доселе объекты (рис. 7). Кстати, мало кто задумывается, глядя в звездное небо, что при этом мы видим историю Вселенной. Мы видим звезды и галактики такими, какими они были в момент излучения ими квантов энергии, которые достигли Земли в момент наблюдения. Например, наше Солнце мы видим таким, каким оно было почти 8 минут назад. Сами объекты в этот момент уже могут и не существовать, хотя излучение от них продолжает идти к Земле.
Рис. 6. Солнечная система в нашей Галактике
Этот эффект был великолепно экспериментально доказан академиком Козыревым Н.А., за что он и попал в "немилость" к ортодоксам Академии наук СССР. В специальном эксперименте он фиксировал излучения звезды Процион не только в ее видимом положении на небосводе, но и излучения этой звезды в ее прошлом и будущем положениях!
Уже в 30-е годы модель Фридмана получила широкое распространение и повлияла на мировоззрение многих ведущих ученых мира, кинувшихся из оголтелого материализма в... религию. Ведь согласно этой модели с абсолютной отчетливостью возникала идея творца. Сингулярность должна была до Большого Взрыва где-то находиться и кто-то должен был произвести этот акт! А временной график эволюции Вселенной (рис. 8) уж очень сильно напоминает
Рис. 7. Наблюдаемая в электромагнитном спектре граница Вселенной
древневосточные понятия Дней и Ночей Брамы - понятия рождения и смерти Вселенной и всего сущего. Синусоидальный график характерен для всех происходящих в этом мире процессов: смена времен года, дня и ночи в результате вращения Земли, рождения и смерти... К этой периодичности люди уже давно привыкли. Однако мысль о том, что умирают не только звезды и цивилизации, но и весь этот мир обречен на неминуемую гибель, подтолкнула многих ученых на поиск доказательств возможности существования иных, менее фатальных вариантов эволюции Вселенной.
В 70-е годы группой советских и американских ученых под руководством академика Зельдовича была предпринята попытка построить объемную модель распределения материи во Вселенной. Для этой цели в компьютер были введены данные расстояний до многих тысяч галактик. Результат был ошеломляющим - галактики,
Рис. 8. Дни и ночи Брамы
объединенные в метагалактики, располагались в пространстве как бы на гранях некой ячеистой структуры с шагом порядка 100 млн. световых лет. Внутри этих ячеек наблюдалась относительная пустота (рис. 9). Иными словами, пространственно-временной континуум оказался структурированным! Это сильно ослабило авторитет теории Большого Взрыва и сторонников фридмановской модели Вселенной. Интересно отметить, что приблизительно в эти же годы эффект структурирования пространства был открыт и советскими биологами. После взбалтывания одноклеточных водорослей хлореллы в аквариуме через некоторое время они или принимали объемную форму дерева, или выстраивали ячеистую структуру наподобие пространственного распределения метагалактик во Вселенной.
До сих пор остается загадкой, как, собственно, во взрывающейся Вселенной происходило образование галактик и, как следствие, - звезд и планетарных систем. Согласно популярной на протяжении 40 лет модели горячей Вселенной, Мир имел в прошлом высокую плотность и температуру вещества и излучения; в результате расширения (Большого Взрыва), сопровождавшегося остыванием, сначала возникли атомы ионизированного газа, а затем - под воздействием гравитации
Рис. 9. Объемная модель распределения материи во Вселенной
- протогалактики, галактики, звезды и т.д. Позже появилась теория инфляционной (раздувающейся) Вселенной, которая предполагает, что расширение было сильно неравномерным: очень быстрым вначале - 10-30с, а затем - все более замедляющимся. В этой теории есть очень важное положение - существование большой "скрытой массы".
Увлечение ученых математическим аппаратом ОТО Альберта Эйнштейна привело к отрыву от физической реальности. При этом приходилось пренебрегать законами сохранения: энергии-импульса, момента количества вещества и гравитационного поля. А без законов сохранения теория не может быть удовлетворительной. Поэтому в продолжение идей ОТО возникла релятивистская теория гравитации (РТГ), в которой строго выполняются законы сохранения в пространстве Минковского. Согласно РТГ фридмановская однородная и изотропная Вселенная бесконечна, и она может быть только плоской: ее трехмерная геометрия - евклидова. В этом случае плотность вещества во Вселенной точно равна критической плотности. Таким образом, РТГ предсказывала существование во Вселенной "скрытой массы", в 40 раз превышающей наблюдаемую.
Другим важным следствием РТГ является утверждение о равности нулю суммарной плотности энергии, вещества и гравитационного поля, которое, однако, до сих пор не удалось детектировать и до конца понять сам принцип его действия. Однако релятивистская теория внесла коренные изменения во фридмановскую модель на базе ОТО.