Виктор Комаров - Тайны пространства и времени

• Название: Тайны пространства и времени
• Автор: Виктор Комаров
• Издательство: Вече
• Жанр: Философия
• Год: 2000
• ISBN: 5-7838-0711-7

Известный ученый и публицист В.Н. Комаров в своей книге размышляет над тайнами пространства и времени – самыми загадочными в ряду тайн мироздания.

---

Галактики внутри групп и скоплений, а также сами группы и скопления движутся друг относительно друга. Так, внутри Местной группы галактика Андромеды к нам приближается. А вся Местная группа со скоростью, равной нескольким сотням километров в секунду, движется по направлению к скоплению в Деве.

Это скопление является центром еще более грандиозного объединения звездных островов – сверхскопления с поперечником, достигающим 60 Мпс. В него входит и наша Местная группа, а также ее космические соседи – всего около 20 тысяч галактик, не считая карликовых звездных систем. Все они обращаются вокруг скопления в Деве.

Когда-то считалось, что во Вселенной существует бесконечная «лестница», бесконечная иерархия звездных систем. Звезды образуют галактики, галактики объединяются в группы, группы – в скопления, скопления – в сверхскопления, сверхскопления – в сверхсверхскопления и так далее без конца. Однако исследования последних лет показали, что эта лестница обрывается на сверхскоплениях. Объединений большего порядка в нашей Вселенной, по-видимому, не существует.

«Соты» Вселенной

Еще в 1976 году, основываясь на теоретических исследованиях, проведенных в Институте прикладной математики имени М. Келдыша АН СССР, ученые высказали предположение о существовании в структуре Вселенной своеобразных «пустот» – областей, свободных от звезд и галактик.

Год спустя это предсказание было подтверждено данными, полученными сотрудниками Тартуской астрофизической обсерватории в Эстонии под руководством Я.Э. Эйнасто. Они обнаружили в созвездии Персея большую область, свободную от галактик. А затем американские астрономы открыли огромную полость, практически свободную от звезд и галактик, с поперечником около 300 миллионов световых лет.

Главная трудность при изучении пространственной структуры Вселенной состоит в том, что все космические объекты, в том числе далекие галактики, проектируются на небесную сферу, заполняя ее более или менее равномерно. Поэтому для того, чтобы составить представление о распределении галактик в пространстве, необходимо узнать расстояния до каждой из них. Но измерение расстояний до отдельных галактик – задача очень сложная. И в широких масштабах она стала решаться лишь в последние годы. Тогда и подтвердилось, что во Вселенной действительно существуют достаточно большие области, внутри которых галактики практически отсутствуют.

Представим себе на минуту, что с нашего земного неба исчезли все звезды и мы невооруженным глазом можем наблюдать далекие галактики. Какие «узоры» образуют они в пространстве?

С помощью электронно-вычислительной техники выяснилось, что галактики распределены в пространстве сверхскоплений не хаотически, а образуют своеобразные «сети» в виде дуг, перемычек и ребер гигантских ячеек, чем-то напоминающих пчелиные соты. Каждая сторона такой ячейки имеет протяженность около 100 миллионов световых лет.

В настоящее время уже известно несколько подобных «пустот», некоторые из них имеют весьма внушительные размеры. Так, американские астрономы обнаружили свободную от звезд и галактик область с поперечником около 300 миллионов световых лет. Они изучили распределение звездных островов вдоль трех близко расположенных прямых линий, направленных в глубины Вселенной. В результате такого зондирования обнаружилось, что по избранным направлениям вплоть до расстояний порядка 500 миллионов световых лет и начиная с расстояний около 800 миллионов световых лет, галактики расположены довольно густо. Но в промежутке между этими «отметками» ни одной галактики зарегистрировать не удалось. Ориентировочный объем открытой учеными полости составляет 1025 кубических световых лет.

На ранней стадии расширения Вселенной вещество представляло собой смесь водорода и гелия, достаточно равномерно распределенную в пространстве. Однако не абсолютно равномерно. В разных точках плотность среды могла несколько различаться. Как показывают расчеты, с течением времени под действием сил тяготения подобные различия должны были возрастать. А на еще более поздней стадии, согласно теоретическим представлениям, развивавшимся Я. Зельдовичем и его сотрудниками, исходное вещество стало стягиваться к стенкам тех самых ячеек, которые мы наблюдаем в современную эпоху.

Следует подчеркнуть, что открытие гигантских космических «пустот» нисколько не противоречит представлениям об однородности Вселенной в больших масштабах. Ведь их размеры не идут ни в какое сравнение с размерами той области пространства, которая охвачена астрономическими наблюдениями.

Для окончательного выяснения пространственной структуры Вселенной наряду с дальнейшей разработкой теории потребуется провести множество исследований и наблюдений, в частности, определить положение в пространстве десятков тысяч далеких галактик, а также разработать методы обнаружения разреженного ионизированного газа.

Если повсеместный характер сетевой структуры сверхскоплений галактик подтвердится дальнейшими исследованиями, то это будет иметь колоссальное значение для понимания особенностей строения и эволюции нашей Вселенной. Дело том, что «сетевая структура» неустойчива! Возможно, именно по этой причине в нашей Вселенной не существует (или почти не существует) объединений более высокого порядка, чем сверхскопления. Да и сами сверхскопления постепенно рассеиваются и, таким образом, представляют собой лишь временную фазу пространственного распределения звездных систем.

Согласно некоторым расчетам, продолжительность того этапа эволюции Вселенной, на протяжении которого сохраняется сетевая структура сверхскоплений, составляет примерно 10 миллиардов лет. Это говорит о том, что мы живем на некотором промежуточном этапе эволюции Вселенной, – этапе не слишком молодом, но и не слишком старом, так что ее пространственная структура еще будет существенным образом изменяться. Этот вывод имеет принципиальное значение.

Хотя внегалактическая астрономия – один из наиболее бурно развивающихся разделов современной науки о Вселенной, но это и одна из самых молодых ее областей. Поэтому нет ничего удивительного в том, что в современной внегалактической астрономии имеется больше нерешенных вопросов, чем в любой другой области науки о Вселенной. И вопросов не только частного, локального характера, но и фундаментальных, от содержания ответов на которые зависит наше понимание основных законов мироздания, свойств и строения того мира, в котором мы живем и частью которого являемся.

Загадка скрытых масс

На пороге третьего тысячелетия астрономы все еще не могут дать точный ответ на вопрос: из чего состоит наша Вселенная?

Хорошо известно, что галактики состоят из звезд, планет, межзвездного газа и пыли, но… и еще из «чего-то» такого, что никак не удается зарегистрировать никакими приемниками излучения.

Эти таинственные объекты проявляют себя только гравитационными воздействиями на другие космические тела. А так как гравитация непосредственно связана с массами, то таинственные «невидимки» получили название «скрытой массы».

Впервые на проблему существования скрытой массы натолкнулся еще в 1933 году швейцарский астроном Ф. Цвикки. Измеряя скорости движения галактик в скоплении, расположенном в созвездии Волосы Вероники, он обнаружил, что они движутся с очень высокими скоростями. Последующие вычисления показали, что для того, чтобы удержать столь «быстрые» галактики, необходима масса, значительно превосходящая (раз в десять!) общую массу скопления, о котором идет речь. Так возник «парадокс Цвикки», получивший впоследствии подтверждения при изучении других скоплений звездных островов Вселенной.

Дело в том, что в принципе существуют два независимых способа определения массы скоплений галактик. Один из них основан на обнаруженной астрономами зависимости между массами скоплений и скоростями собственных движений звездных островов, которые входят в их состав. Поскольку эти скорости, а также радиусы скоплений можно достаточно точно определить с помощью астрономических наблюдений, то нетрудно вычислить и массы скоплений. Массы, определенные подобным методом, получили название «вириальных» по «имени» одной важной теоремы классической механики.

Другой способ заключается в следующем. Многочисленные исследования показали, что массы скоплений галактик и отдельных звездных систем связаны с их светимостями. Чем выше светимость, тем больше масса. Поэтому считается, что измеряя светимости, можно довольно точно определять как массы отдельных галактик, так и их групп.

Вполне естественно было сопоставить полученные двумя способами результаты между собой. И не менее естественно было ожидать, что поскольку речь идет о массах одних и тех же космических объектов, то эти результаты совпадут.