Чтение онлайн

Раскрытие законов развития астрономических объектов представляет собой главную трудность этой науки. Современная астрономия рассматривает свои объекты не только в их стационарном, но и в нестационарном состояниях, в развитии. Поэтому, рассматривая эволюцию материи, необходимо анализировать как законы функционирования, так и законы развития. Законы строения и функционирования позволяют отражать моменты покоя и устойчивости в движении астрономических объектов, а законы развития выражают изменчивость их, необратимость, направленность происходящих в космосе изменений.

Принцип развития в астрономии мы рассмотрим в двух планах: а) в плане диалектики развития астрономических объектов и б) в плане диалектики развития астрономического знания. Каждой стадии развития объектов соответствует своя теория, а последовательности усложняющихся объектов (звезды и их системы — галактики и их системы) соответствует последовательность усложняющихся теорий, развитию астрономических объектов соответствует развитие астрономического знания. Но вследствие относительной самостоятельности развития познания и знания (они обусловлены предыдущим знанием, а также уровнем развития практики соответствующей эпохи, характером деятельности отдельных исследователей) астрономическое знание развивалось не всегда соответственно этапам развития астрономических объектов.

С XVI по начало XX в. ученые изучали местонахождение и происхождение звезд, в том числе и Солнца, оперируя масштабами расстояний в миллиарды световых лет. Они наблюдали космос далеко за пределами орбит планет и обнаружили множество звезд и галактик, сосредоточенных во Вселенной. Новые открытия в современной астрономии дополнили эту картину представлениями о взрывающихся галактиках и квазарах, черных и белых «дырах» эволюционирующей Вселенной.

Прежняя упорядоченная Вселенная, представлявшаяся древним и средневековым наблюдателям планетной системой, в центре которой находится Земля, а в послекоперниковский период — Солнце, превратилась в полный динамизма мир различных эволюционных процессов, а также продуктов дезинтеграции и распада больших космических систем. Современную астрономию интересует в первую очередь эволюция окружающего нас мира — от Вселенной в целом до отдельных звезд, которые входят в состав еще более крупных образований — галактик, образующих скопления. В 80-е годы XX в. все более отчетливо стали вырисовываться две концепции — «горячей» и «холодной» Вселенной. В первой развитие Вселенной связывается со взрывами, очень высокими температурами, космическими лучами больших энергий, необычными турбулентными взрывчатыми лавами в галактиках, новыми типами горячих (молодых) галактик. Основные достижения в астрономии XX в. связаны с теорией «горячей» Вселенной.

Рассмотрение диалектики становления Вселенной, вопроса об основных стадиях развивающихся астрономических объектов необходимо начать с исследования наиболее общего космологического объекта — Вселенной в целом, поскольку эволюция и звезд и галактик определяется в конечном счете эволюцией Вселенной. Астрофизики наблюдаемую с помощью приборов область Вселенной называют метагалактикой, а физики — мегамиром, подчеркивая тем самым ее качественное отличие от тех областей природы, которые изучаются различными разделами современной физики, от макро- и микромира [94] . Нестационарность метагалактики, ее расширение свидетельствует об определенной эволюции наблюдаемой области Вселенной.

Результаты исследования метагалактики, ее пространственно-временных (хроногеометрических) и причинностных (импульсно-энергетических) аспектов в рамках однородной модели Вселенной показывают:

1. Космическая материя в пространстве метагалактики распределена по различным структурным образованиям: звездам, галактикам и скоплениям галактик — «сверхгалактикам».

2. В больших масштабах плотность галактик и сверхгалактик, а следовательно, усредненная по всему объему метагалактики плотность вещества везде одинакова: метагалактика в среднем однородна.

3. Метагалактика не только однородна, но и изотропна, т. е. свойства ее объектов не зависят от направления в пространстве. На это указывает однородность реликтового излучения.

4. Метагалактика нестационарна: скопления галактик «разбегаются». При этом скорости «разбегания» пропорциональны расстояниям между галактиками, и это соотношение носит линейный характер (закон Хаббла).

5. «Искривленный» характер пространственно-временной структуры метагалактики выявляется не только в отдельных частях вблизи тяготеющих масс звезд или галактик (локальные искривления), но и в глобальном масштабе мегамира.

6. В далеком прошлом метагалактика представляла собой образование огромной плотности и в результате «большого взрыва» разогрелась до очень высокой температуры (сингулярность). В этом, в частности, убеждает реликтовое излучение, представляющее собой остаток от очень «горячей» и мощной радиации, характерной для метагалактики на начальных этапах ее возникновения и эволюции.

Причины расширения наблюдаемой части Вселенной не выяснены. Существует мнение, что раз в современной метагалактике отсутствуют значительные концентрации массы материи в каком-нибудь выделенном участке, то метагалактика в целом находится в настоящее время в состоянии инерционного расширения [95] .

Исходя из этой концепции, а также опираясь на диалектический принцип развития в исследованиях проблем астрономии, можно теоретически выделить несколько последовательных стадий развития Вселенной: а) досингулярная Вселенная; б) сингулярная Вселенная; в) расширяющаяся или сжимающаяся Вселенная; г) коллапсирующая Вселенная.

Конкретное изучение определенных стадий в эволюции Вселенной ведется в релятивистской космологии, общей теории относительности, в различных вариантах и подходах ныне создающейся квантовой теории гравитации и квантовой космологии. Достаточно полный учет разнообразных астрофизических процессов, протекающих на всех стадиях развития Вселенной, возможен в так называемой квантово-релятивистской космологии, основные принципы и физико-математический аппарат которой создаются в настоящее время [96] .

Выяснение прошлого Вселенной не на каком-то отрезке времени, а в целом составляет «вопрос вопросов» современной космологии и внегалактической астрономии [97] . Выявление эвристического значения важнейшего принципа диалектики — принципа развития позволяет в наиболее полном виде понять диалектику эволюции астрономических объектов. Разработка с помощью общей теории относительности концепции расширяющейся, эволюционирующей Вселенной Фридмана — Леметра еще раз показала действенность этого принципа.

Первой космологической моделью, которая возникла в рамках общей теории относительности, была стационарная модель Вселенной, разработанная в 1917 г. А. Эйнштейном. В этой модели метрика пространства-времени рассматривалась как не зависящая от времени, и теория не учитывала эволюцию материи. В 1922 г. советский физик А. Фридман предложил нестационарную модель, в которой метрика пространства-времени изменялась. Так возникла теория нестационарной вселенной, которая была подтверждена экспериментально американским астрономом Хабблом. В 1929 г. он открыл явление «красного смещения», которое означало, что скорость движения удаленных галактик прямо пропорциональна расстоянию до них. Согласно теории расширяющейся однородной модели, на первых этапах после «большого взрыва» в развитии Вселенной образовались атомы легких элементов (водород и гелий), затем — звезды и галактики с атомами более тяжелых элементов, планетные системы и, наконец, на некоторых из них создались условия для возникновения живых организмов. Число таких сверхплотных участков (особых точек) в эволюции Вселенной может быть бесконечно велико. В этом случае периоды ее расширения от некоторого сверхплотного вещества (протоатома) сменяются периодами сжатия («красное смещение» сменяется «фиолетовым») — так возникает пульсирующая модель Вселенной.

Что касается вопроса о том, конечна или бесконечна Вселенная, то в рамках теории А. А. Фридмана возможны два варианта его решения: а) открытая модель с отрицательной кривизной и б) закрытая модель с положительное кривизной. Причем выбор между открытой и закрытой моделью в рамках космологии в принципе можно сделать на основе учета средней плотности вещества и полей во Вселенной. Если средняя плотность окажется больше некоторой критической плотности Ркр, то реализуется закрытая (пульсирующая) модель Вселенной. При средней плотности материи меньше критической получается открытая модель Вселенной (расширяющаяся Вселенная). Существуют различные оценки средней плотности материи. По данным Оорта, она в 30 раз меньше критической, согласно данным Я. Б. Зельдовича с учетом нейтрино и квантов, средняя плотность Рср = (0,2–0,1) Ркр, т. е. в 10–20 раз ниже критической. Однако эти данные также нельзя считать окончательными, поскольку горизонты астрономических наблюдений постоянно расширяются.