Современная космология: философские горизонты

Но была ли тем самым верифицирована теория Гамова и фальсифицирована теория стационарной Вселенной? Нет. Обе альтернативные теории были частично верифицированы и частично фальсифицированы, хотя и в разной степени. Основной целью, которую ставил себе Гамов, было объяснение происхождения всех химических элементов в процессе рождения (creation) Вселенной. Наиболее сильный аргумент в теории Гамова был ошибочным. Он исходил из заниженной оценки возраста Вселенной, связанной в свою очередь с ошибочным значением постоянной Н в законе красного смещения Хаббла. Получалось, что химические элементы не успевали «свариться» в звездах. Пересмотр шкалы возраста Вселенной выбил почву из-под этого аргумента. Но водород и гелий действительно имеют космологическое происхождение, и открытие реликтового излучения это подтвердило. Тем самым, теория горячей Вселенной, оказавшись неспособной решить проблему происхождения всех химических элементов, объяснила, как возникла основная часть барионного вещества Вселенной. Изюминка ситуации в том, что реликтовое излучение было непредсказанным следствием теории, основанной, в числе прочих, и на ошибочных предпосылках и оказавшейся в значительной части неверной по своему содержанию (генезис тяжелых элементов). В соответствии с наивным фальсификационизмом, такая теория должна быть отвергнута, но она оказалась — в серьезно скорректированном виде — одной из основополагающих в современной космологии, да и в науке в целом.

В структуре эмпирических знаний о реликтовом излучении Вселенной выделяются все три отмеченных уровня. Уровень непосредственно данного включает «статистические резюме измерений», доказывающих: 1) само наличие во Вселенной фонового излучения с температурой 2,73°К; 2) распределение его энергии в спектре, соответствующее закону Планка; 3) приблизительную однородность и изотропность фона излучения. Эти наблюдения оказались в определенной степени теоретически нагруженными — знаниями из области теории излучения. Наиболее существенно, однако, что лишь на последующих этапах они оказались связанными с использованием объясняющей теории.

Анизотропия реликтового излучения как наличие сравнительно мелких неоднородностей температуры (т. е. интенсивности этого излучения на небесной сфере) была теоретически предсказана еще в конце 60-х годов XX века на интерпретационном уровне. Она должна вызываться несколькими факторами: 1) эффектом Сакса-Вольфа, суть которого в том, что фотоны могут и приобретать, и терять энергию в гравитационном поле; 2) эффектом Силка — флуктуации плотности вещества должны сопровождаться флуктуациями числа фотонов; 3) эффектом Доплера — частота, т. е. энергия фотонов может меняться в зависимости от того, движутся ли они от нас или же к нам. Общей причиной всех этих эффектов, как считали теоретики, служат возмущения метрики в ранней Вселенной вблизи эпохи инфляции, так что наличие анизотропии реликтового излучения часто рассматривают как предсказание инфляционной космологии. Анизотропия реликтового излучения — источник ценнейших сведений о ранней Вселенной.

Ускоренное расширение Вселенной явилось открытием, не только совершенно неожиданным для космологов, но и прямо противоречившим их ожиданиям. Считалось вероятным, что в ходе эволюции нашей Вселенной, т. е. Метагалактики, скорость ее расширения должна уменьшаться под влиянием гравитации. Собственно говоря, эксперименты и были поставлены для того, чтобы определить величину скорости замедления. Но природа преподнесла исследователям очередной сюрприз. Оказалось, что на самом деле Вселенная расширяется с ускорением, которое началось около 6–8 млрд. лет назад (до этого Вселенная расширялась с замедлением). Это открытие было даже названо «шоковым».

Измерения велись по вспышкам Сверхновых типа 1а в далеких галактиках с помощью космического телескопа Хаббла. По форме кривой блеска такой звезды можно измерить ее светимость в максимуме, т. е. полное количество излучаемой энергии, отнесенное к стандартному расстоянию. Сравнение с наблюдаемой яркостью звезды позволяет вычислить ее расстояние (с точностью до 15 %). Далее по спектру Сверхновой измеряют ее красное смещение и, следовательно, скорость удаления галактики, в состав которой она входит. На основании этих данных можно выявить корреляции «видимая яркость — расстояние до галактики». В 1998–1999 году две группы исследователей — одна возглявлялась Б. Шмидтом и А. Рисом[61], другая — С. Перлмутером[62], сообщили, что наша Вселенная расширяется ускоренно. Наблюдения показали, что убывание яркости Сверхновых происходит, в среднем, быстрее, чем предсказывала стандартная модель. Очень далекие Сверхновые оказываются более яркими. Отсюда следует, что скорость галактики, в состав которой входят исследовавшиеся Сверхновые, со временем возрастает.