Поль Лаберенн - Происхождение миров

• Название: Происхождение миров
• Автор: Поль Лаберенн
• Издательство: Государственное издательство технико-теоретической литературы
• Жанр: Прочая научная литература
• Год: 1957

---

Некоторые специалисты по теории относительности (например, де Ситтер) уже очень давно предлагали теории строения вселенной, согласно которым свет, идущий от далеких небесных светил, должен испытывать изменения, возрастающие с расстоянием до этих светил. Впрочем, именно с целью проверки этих теорий, в которых спиральные туманности не рассматривались как удаляющиеся от нас, астрономы и предприняли систематическое следование излучения туманностей. Однако оказалось, что эти теории могут объяснить лишь незначительную долю наблюдаемого эффекта.

Другие физики пытались найти совершенно другое объяснение. Они также считали спиральные туманности неподвижными по отношению к нам и полагали, что свет, излучаемый ими, претерпевает на своем пути изменения. Одни думали, что световые лучи, проходя сквозь космические облака, передают атомам некоторую часть своей энергии, быть может, благодаря гравитационному эффекту или вследствие столкновений. Другие ученые утверждали, что свет, излучаемый туманностью, должен затрачивать некоторую часть своей энергии на преодоление притяжения со стороны этой самой туманности.

Все эти теории приводили к эффекту, пропорциональному расстоянию и, следовательно, соответствовали наблюдениям. С точки зрения эволюции вселенной наиболее интересна та теория, в которой предполагалось, что фотоны сталкиваются с атомами, рассеянными в межгалактическом пространстве и передают им часть своей энергии. Можно было бы тогда предположить, что эта передаваемая энергия идет на восстановление вещества из излучения в соответствие со схемой, нарисованной нами в предыдущей главе. Тогда «видимое» разбегание галактик могло бы рассматриваться как экспериментальное подтверждение «воссоздания вещества» в «пустоте» межзвездного пространства.

К сожалению, лабораторные исследования с целью проверки этой теории показали, что при столкновении фотона с электроном вместе с уменьшением энергии фотона происходит и изменение направления его движения (эффект Комптона). Отсюда следует, что если бы свет, посылаемый спиральными туманностями, испытывал по пути к нам изменение вследствие подобных столкновений фотонов и электронов, то мы не могли бы наблюдать спиральные туманности как отдельные объекты на небе. В самом деле, фотоны, отклонившись от своих первоначальных путей, могли бы приходить к нам не только по направлению от излучившего их объекта, но и по любым другим направлениям. Отсюда, конечно, не следует, что в межгалактическом пространстве не происходит столкновений фотонов и электронов. Напротив, подобные столкновения вполне правдоподобны, но они не могут объяснить наблюдаемые свойства излучения далеких галактик. Следовательно, возможно, что за счет энергии фотонов образуются в межзвездном пространстве более или менее сложные атомы, но это явление, по всей видимости, не имеет никакого отношения к рассматриваемому эффекту разбегания галактик.[128]

Что касается двух других предлагавшихся объяснений, которые основываются на гравитационных эффектах (изменение фотонов, рассмотренное А. Ф. Богородским, или влияние галактик, мимо которых идет световой луч), то они, по-видимому, не могут быть приняты в настоящее время, так как отсутствуют экспериментальные доказательства этих, вероятно, слишком слабых эффектов.

Метод Хаббла

Представляется возможным, по крайней мере теоретически, проверить реальность разбегания галактик с помощью наблюдений. Этот метод был разработан Хабблом (которому и принадлежит открытие красного смещения) в сотрудничестве с Толменом.

Принцип, на котором основан этот метод, довольно прост. Известно, что свет образован фотонами и что тела выглядят тем более яркими, чем больше приходит к нам фотонов за один и тот же промежуток времени (например, за одну секунду). Если тело приближается к нам или если мы приближаемся к нему, то мы движемся навстречу фотонам, излучаемым этим телом, и в одну секунду нас достигает большее число фотонов, чем в том случае, когда мы оставались бы неподвижными по отношению к источнику света. Если, напротив, тело удаляется от нас, или мы сами удаляемся от него, то нас достигает за одну секунду меньшее количество фотонов, а если тело удаляется от нас со скоростью света, то к нам не придет ни один фотон. Точно так же путник, наблюдая проходящую колонну демонстрантов, сможет увидеть за одно и то же время меньше или больше людей в зависимости от того, идет ли он сам в том же направлении, в котором движется демонстрация (конечно, более медленно, поскольку в ином случае сравнение не имеет смысла), остается на месте или идет в противоположном направлении.

Отсюда следует, что если спиральные туманности действительно удаляются от нас, то их свет должен быть не только более красным, но также и менее интенсивным. Из двух одинаковых галактик, расположенных на одном и том же расстоянии от нас, та галактика, расстояние до которой остается неизменным, будет казаться более яркой, чем та, которая удаляется. Следовательно, если гипотеза о разбегании галактик соответствует действительности, то число очень ярких на вид галактик должно уменьшаться с расстоянием быстрее, чем в случае ошибочности этой гипотезы; наоборот, число галактик, становящихся невидимыми, должно расти (само собой разумеется, при условии, что в наблюдаемой части пространства распределение туманностей по их собственной яркости в среднем равномерно). Таким образом, должен был бы иметь место дополнительный эффект уменьшения плотности распределения видимых галактик с расстоянием. К несчастью, другие причины, связанные с покраснением света и действующие независимо от того, расширяется или не расширяется вселенная, приводят к эффектам уменьшения плотности видимого распределения того же самого порядка, и это затрудняет измерения.

Первые результаты, полученные этим методом в 1936 г. Хабблом, привели к противоречию с релятивистской теорией расширения вселенной. Само собой разумеется, эти результаты, поскольку они подрывали сами основы теории расширения, подверглись сильной критике. Сторонники Эддингтона и Леметра подчеркивали и безосновательно преувеличивали трудности наблюдений и их неточность. Конечно, было бы очень желательно провести эти исследования заново с учетом всех собранных с тех пор наблюдательных данных. Но во всяком случае, факт, что тот же самый астроном, наблюдения которого легли в основу теорий расширения вселенной, пришел на основании первых результатов, полученных таким экспериментальным путем, к отрицанию этих теорий, является весьма показательным.

Замечание Шацмана

Недавно французский астроном Шацман обнаружил в теориях расширяющейся вселенной другое противоречие, близкое к тому, о котором говорил Хаббл.

Расширение вселенной является одинаковым по всем направлениям и строго пропорциональным расстоянию лишь в том случае, если предположить, что распределение материи в пространстве само является равномерным. Но последнее далеко не соответствует действительности, поскольку наблюдаются значительные концентрации материи в отдельных областях, именно там, где находятся скопления галактик. Поскольку размеры некоторых скоплений галактик достигают десятков миллионов световых лет и имеют тот же порядок величины, что и знаменитый «радиус вселенной», то существование подобных скоплений должно вызывать в явлении расширения значительные неправильности. Эффект покраснения света, идущего от далеких спиральных туманностей, не должен быть в этом случае строго пропорциональным расстоянию в каком угодно направлении, но обязан испытывать заметные отклонения от закона пропорциональности. Однако наблюдения не обнаружили подобные отклонения и естественно сделать вывод о том, что покраснение света далеких галактик имеет своей причиной не расширение, а нечто другое.[129]

Является ли необходимой схема конечной и неограниченной вселенной?

Этот вопрос, возможно, наиболее важный во всей этой дискуссии, часто освещается в популярных книгах плохо. Действительно, в них дают читателю понять, или даже прямо утверждают о том, что конечность пространства есть обязательное следствие общей теории относительности Эйнштейна. Но это отнюдь не так. Как мы уже говорили выше, необходимо различать в трудах Эйнштейна, с одной стороны, фундаментальные законы, выводимые в специальной и общей теориях относительности, которые составляют бесспорное приобретение современной физики и, с другой стороны, модели вселенной, претендующие на полное описание физического мира и являющиеся на самом деле более или менее произвольными созданиями ума. Сам Эйнштейн предлагал несколько моделей вселенной, из которых одна была бесконечной как в пространстве, так и во времени (см. замечание на стр. 194). Выбор модели конечной и неограниченной вселенной, который был сделан столь многими учеными-релятивистами, является в значительной мере субъективным, и он не мог носить иной характер, поскольку сами же эти ученые признают, что наши знания распространяются лишь на часть вселенной и ни в какой мере не на всю вселенную в целом,[130] даже если считать ее конечной. Некоторые астрономы, являющиеся также сторонниками идеи о сотворении, как, например, Милн, отказались от теории конечной вселенной с целью дать другое объяснение разбеганию галактик, рассматриваемому как реальное и происходящее в бесконечном пространстве.