Физика времени - Чернин Артур Давидович (читать книги полные txt) 📗
Итак, скорость удаления одной галактики от другой равна постоянной Хаббла, умноженной на расстояние между галактиками. Эта зависимость называется законом Хаббла.
Пусть, например, расстояние между какими-то двумя галактиками составляет 100 мегапарсек. Тогда по закону Хаббла одна из них убегает от другой со скоростью 5 тысяч километров в секунду. (Мы воспользовались здесь значением постоянной Хаббла на ее нижней границе, что, кажется, ближе к истине.) Немалая скорость, но она все же еще довольно далека от скорости света *).
*) Именно поэтому, кстати, и допустимы законы классической механики в наших рассуждениях (см. выше) о динамике космологического расширения.
Если скорость составляет 5 тысяч километров в секунду, то через секунду расстояние между галактиками увеличится на 5 тысяч километров. Это сравнимо с радиусом Земли; для галактик такие расстояния совершенно незначительны.
Но за какое время галактика, двигаясь с той же скоростью, отойдет еще на 100 мегапарсек, удвоив тем самым первоначальное расстояние до нее? Время движения найдем делением пути на скорость. Если 100 мегапарсек, то есть 3 • 1021 км, разделить на скорость 5 • 103 км/с, получим 6 • 1017 с, что составляет примерно 20 миллиардов лет.
Это огромное, поистине космическое время, которое и вообразить себе нелегко. Что с ним сравнится? Только другие астрономические времена. Например, возраст Земли или Солнца, который близок к 5 миллиардам лет. Самым старым звездам Галактики около 14 миллиардов лет. Свет от самых далеких из наблюдаемых небесных тел (квазаров) идет к нам около 15 миллиардов лет. Никакие длительности, известные современной науке, не превосходят космическое время.
Можно заметить (это видно из закона Хаббла), что найденное нами время удвоения расстояния между галактиками равно просто обратной величине постоянной Хаббла. Поэтому оно относится не только к тому конкретному примеру, который мы рассмотрели. Оно характеризует в действительности космологическое расширение в целом. Оно окажется тем же самым для любой пары галактик, каково бы ни было наблюдаемое исходное расстояние между ними.
Космическое время дает нам представление о темпе изменений, происходящих в мире галактик. Это мера длительностей, присущих Вселенной как огромной физической системе. Это время в космическом масштабе.
Вселенная и мир
Мы познакомились с астрономической картиной мира, с пространственными масштабами видимой Вселенной, достигающими 10—15 миллиардов световых лет. Мы узнали и о космическом времени, о времени космологического расширения, составляющем примерно 20 миллиардов лет. Таковы горизонты Вселенной в пространстве и времени.
Но что лежит вне этих пространственно-временных границ? Это труднейший вопрос, выходящий пока что за рамки возможностей космологии. Тем не менее поиски ответа на него уже ведутся. И хотя было бы преждевременным вдаваться сейчас в какие-то подробности, несколько слов об этом все же стоит сказать. Начнем с того, что поточнее определим некоторые исходные понятия.
Как мы знаем, всю область пространства, доступную непосредственным наблюдениям, принято называть Метагалактикой. Ее пределы очерчиваются дальностью действия современных астрономических инструментов. Мы говорили выше также и о Вселенной, о мире. Эти два слова были для нас до сих пор просто синонимами. Это не мешало никаким рассуждениям. Но теперь полезно разграничить их значения. Договоримся о следующих определениях.
Будем считать Метагалактику частью Вселенной, а Вселенную — частью мира. Под Вселенной будем понимать область мира, которая включает в себя Метагалактику и обладает тем же строением, что и Метагалактика. Например, Метагалактика однородна по своему пространству. Так вот и Вселенную мы будем считать однородной. Вселенная занимает всю ту область, где сохраняются это и другие свойства, известные нам по Метагалактике. Очевидно, что прямыми наблюдательными сведениями о всей Вселенной в целом мы не располагаем. В частности, наблюдения не могут сказать нам, сколь далеко она простирается.
Что же касается мира, то будем считать, что он, вообще говоря, больше Вселенной. Ведь у нас нет никаких оснований утверждать, что весь мир устроен подобно Метагалактике или Вселенной. Будь это так, Вселенная и мир просто бы совпадали. Но это был бы всего лишь частный случай. Самая же общая мыслимая возможность состоит в том, что в мире имеются и другие области, строение которых отличается от строения Вселенной.
Не ограничивая себя одним лишь частным случаем, предусмотрим для мира возможность разнообразия. Не станем, по крайней мере, отрицать его с самого начала. Не будем исключать, что в мире имеется не одна Вселенная, а несколько, много или даже бесконечное число самых различных вселенных *).
*) Наша Вселенная пусть пишется с большой буквы, а все остальные — с малой.
Но вот в чем особенность космологии как науки о Вселенной, науки о мире. Другие вселенные, помимо нашей собственной, вряд ли когда-нибудь удастся непосредственно наблюдать. Скажем даже сильнее: мы их никогда не увидим. Это, однако, не должно стеснять научную мысль. Пусть не впрямую, пусть только теоретическими методами, но другие вселенные тоже можно сделать предметом изучения. И тогда они откроются, можно сказать, нашему мысленному взору.
Космология Фридмана и Хаббла — наука о Вселенной. Именно в таком точном смысле ее и следует понимать. Это учение о свойствах пространства-времени, о динамике вещества в Метагалактике и Вселенной, но не во всем мире. Эта область космологии успешно развивается после Фридмана и в теоретическом, и в наблюдательном отношении**).
**) См., например, книги: Вайнберг С. Первые три минуты.— М.: Энергоатомиздат, 1983 и Новиков И. Д. Эволюция Вселенной. — М.: Наука, 1984.
Наука о мире, если мир не ограничивается одной лишь Вселенной, делает только первые шаги. Но в самом общем виде идея множественности вселенных высказывалась уже 30 — 40 лет назад. Тогда об этом писал — и даже в Большой Советской Энциклопедии — старейший советский космолог А. Л. Зельманов. Сейчас говорят о возможных обобщениях фридмановской космологии***), ставят ряд новых принципиальных вопросов о Вселенной и мире.
***) Об этом можно прочитать в научно-популярных статьях, опубликованных в сборнике: Прошлое и будущее Вселенной.— М.: Наука, 1986.
Среди этих вопросов — один, можно сказать, самый простой и даже наивный: почему наша Вселенная устроена именно так, а не иначе? Например, почему она однородна и изотропна?
Если Вселенная существует, как говорится, в единственном экземпляре, этот вопрос большого смысла не имеет. Что на него можно ответить? Нужно, наверное, отвечать примерно так: законы природы запрещают для Вселенной иные возможности. Но что это за «иные возможности»? О них ничего не скажешь, потому что они не существуют в природе. То есть выходит, что Вселенная такова, как она есть, потому что она такова, как она есть.
Но с точки зрения множественности вселенных этот вопрос уже приобретает смысл. Другие вселенные — это «иные возможности», существующие в мире на равных с той одной, которая нам известна. Следует тогда изучать весь набор этих возможностей, чтобы увидеть среди них роль и место нашей Вселенной со всеми ее отличительными чертами. И не только такими, как однородность и изотропия в крупном масштабе, а скажем, еще и возможность жизни и разума, изучающего среди прочего общее устройство мира.
Как это ни странно на первый взгляд, на наш наивный, но в действительности важнейший вопрос о Вселенной не исключен, быть может, и такой ответ: Вселенная такова, как она есть, потому что в мире существуют другие вселенные, совсем не похожие на нее.
ГЛАВА 11
ВОЗРАСТ ВСЕЛЕННОЙ
Первая дата, занесенная в русскую летопись,— год 6360. «...Отселе почнем и числа положим», как говорится в «Повести временных лет»*). В старом русском календаре, заимствованном из Византии и бывшем у нас в ходу до петровской реформы 1700 года, счет времени велся «от сотворения мира». Это «событие» приходится на 5509 год до нашей эры. Если так считать, то возраст мира в 1987 году составляет 7496 лет.
