Вселенная. Вопросов больше, чем ответов

В своих работах 1922 и 1924 годов Фридман продемонстриро­вал, что уравнения Общей Теории Относительности допускают существование эволюционирующей, меняющей со временем свои размеры Вселенной, и определил законы, управляющие этой эволюцией. Уравнения динамики Вселенной, выведенные

Однако есть свидетельства, что в 1924 году Фридман обсуждал исследо­вания Слайфера на семинаре в Петроградском университете и дал им правильную — космологическую — интерпретацию. — Примеч. авт.

315

Фридманом, сейчас носят его имя. Также имя Фридмана носит впервые выписанная им же метрика однородной и изотропной Вселенной¹. А из современных космологических наблюдений мы знаем, что. Вселенная наша действительно однородна и изо­тропна на масштабах, больших 300 МПк, т. е. Вселенную в целом описывает именно метрика Фридмана.

В первой работе — «О кривизне пространства» — Фридман исследовал точно такую замкнутую модель Вселенной с положи­тельной трехмерной кривизной, как и в своей статье 1917 года Эйнштейн. И Фридман показал, что такой мир вовсе не обяза­тельно должен быть стационарным, он вполне может как увели­чивать, так и уменьшать свой радиус.

Более того, если убрать из уравнений Фридмана лямбда-член, то геометрия мира однозначно определяет его дальнейшую судь­бу — и мир с положительной трехмерной кривизной после пер­воначального расширения должен схлопнуться обратно. Саму же кривизну столь же однозначно определяет полная плотность Вселенной (включая вклад как вещества, так и излучения, а так­же, забегая немного вперед,— вклад темной материи и темной энергии). И если плотность будет больше некоторого критиче­ского значения, которое для известных нам параметров нашей Вселенной составляет примерно ю^-29 г/см³, то мир неизбежно будет обладать положительной кривизной и столь же неизбеж­но, еще раз повторим, рано или поздно снова схлопнется.

¹ Однако в англоязычной литературе метрика эта называется метрикой Фридмана-Робертсона-Уокера (FRW-метрика), потому что незави­симо (как считается) от Фридмана американские математики Говард Робертсон и Артур Уокер получили в 1935 году тот же результат. Немного странным тогда представляется, почему метрикой Фридмана-Леметра- Робертсона-Уокера называется она определенно реже — ведь бель­гийский физик (а также священник, что, как видим, не помешало ему размышлять на темы, опасно близкие к теологическим) Жорж Леметр повторил (опять-таки независимо) результат Фридмана еще в 1927 годУ- Впрочем, в американской литературе метрика эта часто вообще называ­ется метрикой Робертсона-Уокера... — Примеч. авт.

316

— Вселенная как она есть —

Если момент начала расширения называется Big Bang (Большой Взрыв), то конечный момент носит название Big Crunch (Большой Хруст¹ или же Большой Крах).

На самом деле поведение Вселенной может быть достаточно наглядно проиллюстрировано поведением брошенного с поверх­ности Земли в зенит шарика. Если мы бросим его с недостаточ­ной скоростью (меньшей второй космической) — то он, замедля­ясь, достигнет некой максимальной высоты (Вселенная, соответ­ственно, расширится до своего максимального радиуса — тоже замедляясь, кстати), а потом — пойдет вниз и упадет обратно.

А каково определение второй космической скорости? Это скорость, при которой кинетическая энергия тела, зависящая от скорости, равна (по модулю) потенциальной (гравитационной), зависящей от массы притягивающего тела. Ну, а потенциальная энергия Вселенной, соответственно, как легко можно показать, зависит от плотности входящего в нее вещества — таким обра­зом, аналогия становится полной.

Интересно отметить, что в той же первой статье Фридман предположил, что может существовать режим, когда расшире­ние сменяется сжатием, которое сменяется новым расширени­ем, — модель, которая позже получит название «Пульсирующая Вселенная». Хотя Фридмана такая модель явно увлекла, он уси­ленно настаивал, что без солидных наблюдательных фактов она не может рассматриваться сколько-нибудь серьезно: «...все это пока должно рассматриваться как курьезные факты, не могущие быть солидно подтвержденными недостаточным астрономиче­ским наблюдательным материалом».

Увы, не все ученые, увлеченные полетом своей фантазии, про­являют подобную строгость научной мысли...

«Пульсирующая модель» Вселенной одно время пользова­лась большой популярностью, потому что, на первый взгляд, позволяла уйти от «проклятого» вопроса выделенного момента

В смысле, когда что-то хрустит, раздавливаясь, под сапогом. — Примеч. авт.

317

времени — момента рождения Вселенной. Однако вскоре было показано, что от цикла к циклу должна неизбежно нарастать об- щая энтропия Вселенной — и радиус каждого нового цикла дол­жен быть все больше и больше. Соответственно, если мы пойдем по оси времени назад, то радиусы эти будут уменьшаться, и мы снова упремся, в тот же самый выделенный момент.