Главная страница | Контакты | Случайная страница Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

КОСМОЛОГИЧЕСКИЕ ПАРАДОКСЫ

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 из невидимыми для нас. бднако в 1938 г. ака­демик В. Г. Фесенков доказал, что, поглотив свет звезд, газо-во-пылевые туманности вновь переизлучают поглощенную ими энергию, а это не избавляет нас от_# фотометрического парадокса.

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 тело оказывается бесконечно большой или неопределен­ной. Результат зависит от способа вычисления, причем отно­сительные скорости небесных тел могли быть бесконечно большими. Так как цичего 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.

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 исчезает и не возникает из ничего, а лишь переходит из одной формы существования в другую, то Вселенная вечна, и материя, ее составляющая, пребывает в вечном круговороте. Таким образом, погасшие звезды снова превращаются в ис­точник света и тепла. Никто, конечно, не знал, как это проис­ходит, но убеждение в том, что Вселенная в целом всегда одна и та же, было в прошлом веке почти всеобщим.

Тем неожиданнее прозвучал вывод из второго закона тер­модинамики, открытого в прошлом веке англичанином У. Кельвином и немецким физиком Р. Клаузиусом. При всех превращениях различные виды энергии в конечном счете пере­ходят в тепло, которое, будучи предоставлено себе, стремится к состоянию термодинамического равновесия, то есть рассеи­вается в пространстве. Так как такой процесс рассеяния тепла необратим, то рано или поздно все звезды погаснут, все актив­ные процессы в Природе прекратятся и Вселенная превратится в мрачное замерзшее кладбище. Наступит «тепловая смерть Вселенной».

Ошеломляющее впечатление, произведенное на естествоис­пытателей прошлого века вторым началом термодинамики, было особенно сильно еще и потому, что вокруг себя, в окру­жающей нас Природе они не видели фактов, его опровергаю­щих. Наоборот, все, казалось, подтверждало мрачные прогно­зы Клаузиуса.

Конечно, есть в Природе и антиэнтропийные процессы, при которых беспорядок, а значит, и энтропия уменьшаются. Таковы процессы, происходящие в органическом мире, в чело­веческой деятельности. Но при более глубоком рассмотрении ситуации всегда оказывается, что уменьшение беспорядка в одном месте неизбежно сопровождается его увеличением в другом. Более того, возникший по вине человека беспорядок значительно превышает тот порядок, который он внес в При­роду, так что в конечном счете энтропия и тут продолжает расти.

Встать на позицию Клаузиуса - это значит признать, что Вселенная имела когда-то начало и неизбежно будет иметь ко­нец. Действительно, если бы в прошлом Вселенная существо­вала вечно, то в ней давно наступило бы состояние тепловой смерти, а так как этого нет, то, по убеждению Клаузиуса и многих других его современников, Вселенная была сотворена сравнительно недавно. А в будущем, если не случится какое-нибудь чудо, Вселенную ждет тепловая смерть. На опровержение второго начала термодинамики были брошены силы всех материалистически мыслящих ученых. Так, в 1895 г. Людвиг Больцман предложил свою вероятност­ную трактовку второго начала. По его гипотезе, возрастание энтропии происходит потому, что состояние беспорядка всегда более вероятно, чем состояние порядка. Но это не означает, что процессы противоположного характера, то есть самопро­извольные с уменьшением энтропии, абсолютно невозможны. Они в принципе возможны, хотя и крайне маловероятны.

Всюду мы наблюдаем, как тепло от более горячего тела пе­реходит к более холодному. Однако в принципе возможно и другое: кусок льда, брошенный в печь, увеличит ее жар. Не ис­ключено и такое событие, что все молекулы воздуха в нашей комнате соберутся вдруг в одном ее углу, а вы погибнете от удушья в другом. Наконец, возможно, что обезьяна, посажен­ная за пишущую машинку, случайно выстучит пальцем сонет Шекспира. Все эти события возможны, но вероятность их близка к нулю. Такова же, по Больцману, вероятность сущест­вования нас с вами.

Больцман не сомневался, что Вселенная бесконечна в про­странстве и времени. В основном и почти всегда она пребывает в состоянии тепловой смерти. Однако иногда в некоторых ее районах возникают крайне маловероятные отклонения (флуктуации) от обычного состояния Вселенной. К одной из них принадлежит Земля и весь видимый нами космос. В целом же Вселенная - безжизненный мертвый океан с некоторым ко­личеством островков жизни.

Гипотеза Больцмана хотя и подвергла сомнению всеобщ­ность и строгую обязательность второго начала, не смогла удовлетворить оптимистически мыслящих ученых. К тому же и расчеты показали, что вероятность возникновения такой ги­гантской флуктуации в пространстве практически равна нулю.

Были и другие попытки объяснить этот термодинамический парадокс, но они так же не увенчались успехом.

Три космологических парадокса: фотометрический, грави­тационный и термодинамический - заставили ученых серьезно усомниться в бесконечности и вечности Вселенной. Именно они заставили А. Эйнштейна в 1917 г. выступить с гипотезой о конечной, но безграничной Вселенной.

Предположим, что вещество, составляющее планеты, звез­ды и звездные системы, равномерно рассеяно по всему миро­вому пространству. Тем самым мы допускаем, что Вселенная всюду однородна и к тому же изотропна, то есть во всех на­правлениях имеет одинаковые свойства. Будем считать, что средняя плотность вещества во Вселенной выше так называе­мой критической плотности. Если все эти требования соблю­дены, мировое пространство, как это доказал Эйнштейн, замк­нуто и представляет собой четырехмерную сферу, для которой верна не привычная школьная геометрия Евклида, а геометрия Римана.