Вселенная. Вопросов больше, чем ответов

Характерно, что в этой цитате слово «вселенная» было напи­сано со строчной буквы, поскольку советская астрономическая наука того времени отрицала саму возможность существова­ния иных вселенных и, следовательно, не видела необходимо­сти выделять нашу Вселенную написанием с прописной буквы. Вселенная считалась единственной, бесконечной в простран­стве и времени. Разлет галактик трактовался либо как местная флуктуация, либо как результат каких-то еще не понятых изме­нений в свойствах света на больших расстояниях, а в борьбе с необратимостью эволюции материи во Вселенной постулирова­лось существование каких-то неведомых источников поступле­ния газа.

Сейчас нам известно, во-первых, что земная кора образова­лась значительно раньше, чем 2-3 млрд лет назад, а во-вторых, что прав оказался все-таки Хаббл, хотя путаница в датировке Большого Взрыва продолжалась еще долго (строго говоря, не­которая неопределенность значения постоянной Хаббла со­храняется и теперь). И поповщина тут совершенно ни при чем. Замечательный советский астроном И.С. Шкловский высказал­ся четко и лаконично: с точки зрения материалиста, главными критериями Вселенной являются ее объективное существование и познаваемость. И только. Вселенная совершенно не обязана подстраиваться под наши сплошь и рядом наивные представле­ния о ней. Ей в высшей степени безразличны все на свете фило­софские доктрины. Приходится изучать и осмысливать то, что есть на самом деле, а не то, что нам хотелось бы.

241

— Часть V —

Итак, сверхплотное и сверхгорячее состояние Вселенной за­вершилось Большим Взрывом. Физические процессы, описыва­ющие эволюцию Вселенной, могут быть довольно надежно про- слежены до момента, когда плотность и температура становятся достаточно низкими, чтобы стало возможным образование га­лактик. Примерно 300 тыс. лет потребовалось для того, чтобы Вселенная расширилась и остыла настолько, что вещество стало играть в ней важную роль. До этого преобладало излучение, и сгустки вещества, такие как звезды и галактики, не могли обра­зовываться. Однако, когда температура понизилась примерно до 3000 К, а плотность — до ~Ю"²¹ г/см³ (значительно меньше плот­ности земной атмосферы, но по меньшей мере в миллиард раз больше современной плотности Вселенной), вещество наконец смогло формироваться. В это время в достаточных количествах могли образовываться лишь атомы водорода и гелия.

Если бы распределение вещества и температуры во Вселенной было полностью однородным, никакие галактики образоваться бы не смогли. Следовательно, должны были существовать некие начальные неоднородности. Что это за неоднородности и откуда они взялись?

В длинном перечне научных заслуг Джеймса Джинса осо­бое место занимает его теория конденсации вещества под дей­ствием гравитации. Правда, идеи Джинса основывались не на релятивистской модели, а на более простой ньютоновской, но с некоторыми оговорками они актуальны и сейчас. По Джинсу, гравитационная неустойчивость возникает, когда сгусток более плотного вещества (называемый возмущением) становится до­статочно малым и плотным. Характерный размер возмущений плотности, которые являются только слегка неустойчивыми, называется джинсовской длиной, и, как было установлено, она зависит от скорости звука в среде, постоянной тяготения и плот­ности вещества.

Джинсовская масса определяется как масса вещества, ко­торая может стать неустойчивой и начать сжиматься под дей­ствием собственного гравитационного поля. Согласно расчетам,

242

— Мир галактик —

в начале «эры вещества» джинсовская масса составляла около юо тыс. солнечных масс, следовательно, в тот период истории Вселенной возмущения с такими массами и больше (что включа­ет все известные галактики) должны были стать неустойчивыми и сжаться.

Нам «на бытовом уровне» умозрительно понятно, что на свете нет ничего строго однородного. Особенно неоднородны системы, находящиеся в динамике. Неоднородна вода в реке, неоднородна земная атмосфера, угощающая нас то циклоном, то антицикло­ном, а то и ураганом, и уж подавно неоднородно расширяющееся облако продуктов взрыва. Но к образованию галактик должны были привести не любые неоднородности, а только те, которые имели тенденцию не сглаживаться, подстраиваясь под общий фон, а усугубляться.

В поисках типа неустойчивости, которая приводит к совре­менной Вселенной, состоящей из галактик, астрономы исследо­вали много других видов неустойчивости, помимо гравитаци­онных. Среди них — возможное отсутствие баланса вещества и антивещества, тепловые неустойчивости, флюктуации, связан­ные с ионизацией и ее зависимостью от температуры, вариации распределения заряда и др.

Тепловая неустойчивость, по-видимому, сыграла некоторую роль. Области с повышенной плотностью остывают быстрее, чем их окружение. Снаружи более горячий газ сжимает эти области, повышая их плотность. Таким образом, небольшое локальное возмущение может становиться все более неустой­чивым. Подготавливаются предпосылки для гравитационного сжатия.