Извечные тайны неба

Мы в силах построить модель описанного выше «разбегания» галактик, если не будем рассматривать реальное бесконечное пространство трех измерений, а ограничимся в своей модели лишь поверхностью – пространством двух измерений. Представим себе, что «вся Вселенная» расположена на некоторой замкнутой поверхности, которая подобна поверхности постоянно раздуваемого резинового шара. Пусть галактики в нашей модели изображаются точками, нанесенными на поверхности этого шара. По мере его раздувания все расстояния между «галактиками», измеренные по поверхности шара, действительно будут систематически увеличиваться, причем скорость разбегания «галактик» окажется тем больше, чем больше было первоначальное расстояние между ними.

Возможность расширения Вселенной, еще до открытия красного смещения в спектрах галактик, была предсказана теоретически как одно из следствий применения к решению космологических проблем общей теории относительности. Пионерские труды в этой области принадлежат талантливому советскому математику А. А. Фридману. Будучи широко известен как геофизик-метеоролог, специалист по прикладным вопросам динамики атмосферы, Александр Александрович Фридман много занимался также математическим анализом решений космологических уравнений Эйнштейна. Незадолго до смерти (он умер в 1925 году на 38 году жизни) А. А. Фридман получил серию решений уравнений Эйнштейна, из которых вытекало, что расширение может явиться одним из основных общих свойств Вселенной – важнейшим атрибутом ее эволюции. Работы А. А. Фридмана первое время не привлекли к себе должного внимания и были оценены по достоинству лишь в связи с открытием Э. Хабблом красного смещения и развитием современных представлений о первоначально горячей Вселенной и Большом Взрыве.

Теория Большого Взрыва утверждает, что возраст Вселенной достигает 15-20 млрд лет. Тот же возраст получается, кстати, и из многих других соображений. Тогда, 15-20 млрд лет назад, в течение одного мгновения вся материя Вселенной была сосредоточена в одной области. Не надо думать, что вокруг этой невообразимой «кипящей» массы, из которой предстояло возникнуть всем галактикам и звездам, было пустое пространство. Нет, пространство не существует вне материи, и все пространство Вселенной было тогда заключено в пределах той же первоначальной области.

Аналогией дальнейших событий может служить колоссальный взрыв.

Взрыв привел к расширению материи и пространства, сопровождающемуся охлаждением первоначально горячей Вселенной. В процессе охлаждения нейтроны, протоны и электроны объединялись в атомы, образовывали галактики и отдельные звезды.

На одном из ранних этапов эволюции после Большого Взрыва Вселенная прошла стадию «раздувания». На этой стадии в случайных неоднородностях первичного вещества было «запрограммировано» наблюдаемое нами теперь неравномерное пространственное распределение галактик.

Представим себе множество мыльных пузырей разных размеров, которые из-за тесноты прижаты друг к другу. И в воображении перенесем теперь эту картину в космическое пространство. Вследствие неоднородностей «комков» первичного вещества, галактики располагаются не как попало, а так, будто они избегают попадать внутрь «мыльных пузырей» и предпочитают кучно группироваться в областях, где пузыри соприкасаются друг с другом. Раздувание «пузырей» составляет часть общего расширения Вселенной, и мириады галактик, складываясь в прихотливые гирлянды, образуют в пространстве исполинскую ячеистую структуру, охватывающую всю наблюдаемую Вселенную.

Таким образом, история галактик и звезд рисуется как история поведения материи, образующей Вселенную. Наблюдаемое красное смещение, согласно теории Большого Взрыва, – это результат действительного разлетания галактик, продолжающегося с момента их возникновения.

Научные теории, как мы уже замечали, представляют ценность только в том случае, когда они позволяют сузить круг ведущихся поисков, предвосхитить, предсказать открытие новых явлений. На счету теории Большого Взрыва есть подобное предсказание. В качестве одного из следствий концепции первоначально горячей Вселенной был получен вывод, что в наследство от этой эпохи, если только она действительно имела место, должно повсеместно сохраниться во Вселенной остаточное, или как его называют, реликтовое излучение в радиодиапазоне.

Расчеты А. Г. Дорошкевича и И. Д. Новикова в 1964 г. показали, что реликтовое излучение в принципе регистрируемо, и, следовательно, вывод теории Большого Взрыва возможно проверить с помощью наблюдений. Гораздо позднее задним числом выяснилось, что ко времени указанного расчета реликтовое излучение уже было открыто в СССР и в Японии. В СССР это открытие было опубликовано аспирантом Пулковской обсерватории Т. А. Шмаоновым в 1957 г. Но беда заключалась в том, что наблюдатели и теоретики работали в отрыве друг от друга. Между ними не было обмена информацией. Наблюдатель не знал, как правильно истолковать свои странные результаты. Замечательная же статья теоретиков осталась незамеченной.