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.

---

Существование реликтового излучения – очень важное, можно сказать, решающее подтверждение того фундаментального факта, что мы в самом деле живем в расширяющейся Метагалактике. В частности, исследование его физических характеристик показало, что первоначальная плазма действительно обладала чрезвычайно высокой температурой. Тем самым было получено подтверждение справедливости теории горячей расширяющейся Вселенной.

Однако всем сказанным значение реликтового излучения для познания окружающего нас мира не ограничивается. Так, например, исследование этого излучения позволило получить данные, которые являются независимым подтверждением фундаментального вывода современной астрофизики об однородности нашей Вселенной в больших масштабах. Если бы в окружающем нас мире существовали достаточно большие регионы с повышенной плотностью вещества, сравнимые по своим размерам со всей наблюдаемой областью пространства, то в этих регионах реликтовое излучение испытывало бы определенные изменения.

Дело в том, что согласно общей теории относительности Эйнштейна должно существовать так называемое гравитационное красное смещение. Электромагнитное излучение в сильных гравитационных полях испытывает определенный сдвиг в сторону более длинных волн и более низких частот. Этот эффект проверен экспериментально. А, как мы уже знаем, чем длиннее волна электромагнитного излучения, тем меньшую энергию оно с собой переносит. Так что реликтовое излучение, возникшее в районе больших сгущений вещества, должно приходить к нам ослабленным. И в общей картине распределения реликтового излучения по всему небу должны были бы существовать «пятна» пониженной интенсивности.

Расчеты показывают: для того, чтобы эти пятна могли быть замечены наиболее крупными современными радиотелескопами, такими, например, как РАТАН-600, размеры подобных сгущений материи должны иметь масштаб порядка миллиарда световых лет, а их плотность сгущений должна превосходить средний уровень по меньшей мере на 10%.

Однако современные радиоастрономические наблюдения соответствующих «пятен» интенсивности реликтового излучения не обнаружили. Видимо, это означает, что таких сгущений, о которых идет речь, не существует.

Следовательно, в пределах той области пространства, откуда доходит к нам реликтовое излучение, самыми большими структурными образованиями являются сверхскопления галактик поперечником приблизительно до ста миллионов световых лет. В больших же масштабах распределение вещества во Вселенной достаточно однородно.

С учетом достигнутой точности наблюдений можно считать, что средняя плотность вещества по достаточно большим областям Вселенной различается не больше, чем на десятые доли процента.

Наблюдения реликтового излучения позволяют решить еще одну интереснейшую задачу. Все космические объекты находятся в постоянном движении. Планеты обращаются вокруг Солнца. Солнце вместе с другими звездами движется вокруг центра Галактики. Галактики, в свою очередь, не только участвуют в расширении Вселенной, но и перемещаются друг относительно друга.

Для того, чтобы обнаружить и изучить любое движение, измерить его физические характеристики: скорость, ускорение, направление – необходима определенная система отсчета, связанная с теми или иными материальными объектами. Так, движение Земли и планет мы обычно отсчитываем относительно системы координат, связанной с Солнцем, а движение Солнца и звезд – относительно галактической системы координат.

Но дело в том, что космические тела, с которыми мы связываем те или иные системы отсчета, сами движутся. Иными словами, любой космический объект одновременно участвует в целом ряде различных движений. И для того, чтобы определить суммарное движение, нужна была бы некая «независимая» система отсчета, не связанная с перемещающимися небесными телами. Такой в определенном смысле «абсолютной» или, точнее говоря, физически преимущественной системой, может служить система отсчета, жестко связанная с реликтовым излучением.

Эта система вводится таким образом, чтобы в каждой точке пространства по отношению к ней поток излучения был равен нулю. Физическое преимущество этой системы заключается в том, что по отношению к ней поле излучения находится в состоянии покоя.

Можно ли измерить фактическую скорость движения того или иного конкретного космического объекта, например, нашей планеты Земли по отношению к этой системе? Можно. Если, в частности, Земля движется относительно реликтового излучения, реликтового фона Вселенной, то плотность энергии реликтового излучения, а следовательно, и его «радиояркость» в направлении движения будет соответственно выше, чем в противоположном. В самом деле, представим себе реликтовое излучение как поток фотонов. Тогда, очевидно, за одно и то же время Земля будет «сталкиваться» с большим числом встречных фотонов, чем догоняющих.

Как мы уже говорили, реликтовое излучение практически изотропно, но из-за того, что Земля обладает собственным движением, эта изотропия должна несколько нарушаться. Нарушения эти, разумеется, весьма незначительны и не нарушают общей картины благодаря тому, что скорость движения нашей планеты ничтожна в сравнении со скоростью распространения электромагнитных волн. Но тем не менее такие нарушения существуют и их можно в принципе обнаружить. Измерив разницу в интенсивности реликтового фона в диаметрально противоположных направлениях, можно определить скорость движения Земли по отношению к преимущественной системе отсчета.

Точнейшие измерения с помощью современных радиотелескопов на волне длиной 9 миллиметров показали, что радиояркость реликтового фона в направлении на созвездие Льва (это созвездие расположено на небе несколько ниже донышка ковша Большой Медведицы) чуть больше, а в противоположном направлении – чуть меньше средней для всего неба величины. Различие едва уловимое – всего на одну тысячную. Но из этого следует, что наша планета вместе с Солнцем и всей Солнечной системой движется по направлению к созвездию Льва со скоростью около 390 километров в секунду относительно системы отсчета, связанной с реликтовым излучением.

«Порядок» и «хаос»

Мы живем в мире, обладающем вполне определенными свойствами. Все процессы, которые в нем происходят, подчиняются определенным законам. Можно спорить о том, в какой степени эти законы зависят от существования и деятельности человека. Можно находить способы, позволяющие использовать эти законы в интересах обитателей Земли, – на этом основаны вся современная техника и технология. Можно определять границы применимости тех или иных законов и пользоваться этими знаниями на практике, осуществляя за границами, о которых идет речь, определенные действия и получая результаты, казалось бы, этими законами строго-настрого запрещенные. Как справедливо заметил один известный физик-теоретик, «невозможное и неосуществимое при одних условиях и обстоятельствах может оказаться возможным и осуществимым при других…»

И тем не менее не считаться с законами природы нельзя. Ведь в конечном счете именно от них во многом зависит, как развернутся в дальнейшем те или иные явления и процессы и последствия наших собственных действий и поступков. Благодаря накопленным знаниям и техническим достижениям человек достиг немалого могущества, но переоценивать его было бы непростительной ошибкой. И не менее глубоким заблуждением было бы думать, что мы свободны в своих действиях и можем безнаказанно совершать все, на что способны с чисто технической точки зрения. А ведь еще сравнительно недавно немалой популярностью пользовался дерзкий лозунг: «Мы не можем ждать милостей от природы, взять их у нее – наша задача!»

Среди фундаментальных физических законов есть закон, который можно считать одним из самых общих. Во всяком случае, никаких нарушений этого закона до сих пор отмечено не было. Это говорит о том, что границы его применения простираются если и не до бесконечности, то во всяком случае весьма и весьма далеко. Речь идет о так называемом втором начале термодинамики – науки о тепловых процессах и явлениях. Согласно этому закону, в любой замкнутой физической системе, предоставленной самой себе, тепло всегда переходит от тел более нагретых к более холодным, вследствие чего температуры всех тел постепенно уравниваются и любые тепловые процессы в системе полностью прекращаются. Таким образом, поскольку все виды энергии переходят в тепло, а тепловая энергия постепенно равномерно распределяется между всеми телами системы, наступает ее своеобразная «тепловая смерть».

В свое время немецкий физик Р. Клаузиус ввел для обозначения «меры вырождения», «обесценения» энергии особое понятие: «энтропия». С его помощью второе начало термодинамики можно сформулировать так: «В любой замкнутой физической системе энтропия стремится к максимуму…»