Що ще крім зірок існує у Всесвіті

Портал створений за підтримки Федерального агентства з друку та масових комунікацій.

СКІЛЬКИ ВСЕСВІТІВ У ВСЕСВІТНІЙ?

Доктор педагогічних наук Є. ЛЕВІТАН.

Чи не так, дивна назва статті? Хіба Всесвіт не один? До кінця ХХ століття з'ясувалося, що картина світобудови незмірно складніша за ту, яка представлялася цілком очевидною сто років тому. Ні Земля, ні Сонце, ні наша Галактика не виявилися центром Всесвіту. На зміну геоцентричної, геліоцентричної і галактоцентричної систем світу прийшло уявлення про те, що ми живемо в Метагалактиці, що розширюється (наш Всесвіт). У ній безліч галактик. Кожна, як і наша, складається з десятків чи навіть сотень мільярдів зірок-сонць. І немає жодного центру. Мешканцям кожної з галактик лише здається, що саме від них на всі боки розбігаються інші зіркові острови. Декілька десятиліть тому астрономи могли лише припускати, що десь існують планетні системи, подібні до нашої Сонячної. Зараз - з високим ступенем достовірності називають низку зірок, у яких виявлені "протопланетні диски" (з них колись сформуються планети), і впевнено говорять про відкриття кількох планетних систем.

Ілюстрація до гіпотези народження метагалактик з гігантського міхура, що розпадається. Бульбашка виросла до величезних розмірів на стадії стрімкого "роздування" Всесвіту. (Малюнок із журналу "Земля і Всесвіт".)

Процес пізнання Всесвіту нескінченний.І що далі, то дедалі зухваліші, часом здаються абсолютно фантастичними, завдання ставлять собі дослідники. То чому ж не припустити, що астрономи відкриють колись інші всесвіти? Адже цілком імовірно, що наша Метагалактика – це не весь Всесвіт, а лише якась його частина.

Чи сучасні астрономи і навіть астрономи дуже далекого майбутнього зможуть колись побачити на власні очі інші всесвіти. І все ж наука вже зараз має деякі дані про те, що наша Метагалактика може виявитися однією з безлічі міні-всесвітів.

Навряд чи хтось сумнівається в тому, що життя і розум можуть виникнути, існувати та розвиватися лише на певному етапі еволюції Всесвіту. Важко уявити, що якісь форми життя з'явилися раніше, ніж зірки і планети, що рухаються навколо них. Та й не всяка планета, як ми знаємо, є придатною для життя. Потрібні певні умови: досить тонкий інтервал температур, склад повітря, придатний для дихання, вода. У Сонячній системі у такому "поясі життя" опинилася Земля. А наше Сонце, мабуть, розташоване в "поясі життя" Галактики (на певній відстані від її центру).

Таким чином, сфотографовано багато надзвичайно слабких (по блиску) і далеких галактик. У найяскравіших їх вдалося розглянути деякі подробиці: структуру, особливості будови. Блиск найслабших галактик, що вийшли на знімку, - 27,5 m, а точкові об'єкти (зірки) ще слабші (до 28,1 m)! Нагадаємо, що неозброєним оком люди з гарним зором і за найсприятливіших умов спостереження бачать зірки приблизно 6 m (це в 250 мільйонів разів яскравіші об'єкти, ніж ті, у яких блиск 27 m).
Створювані нині подібні наземні телескопи за своїми можливостями вже можна порівняти з можливостями космічного телескопа Хаббла, а в чомусь навіть перевершують їх.
А які умови потрібні для того, щоб виникли зірки та планети? Насамперед, це пов'язано з такими фундаментальними фізичними константами, як постійне тяжіння та константи інших фізичних взаємодій (слабкої, електромагнітної та сильної). Чисельні значення цих констант фізикам добре відомі. Навіть школярі, вивчаючи закон всесвітнього тяжіння, знайомляться з константою (постійною) тяжіння. Студенти з курсу загальної фізики дізнаються і про константи трьох інших видів фізичної взаємодії.

Порівняно недавно астрофізики та фахівці в галузі космології усвідомили, що саме існуючі значення констант фізичних взаємодій необхідні, щоб Всесвіт був таким, який він є. За інших фізичних константів Всесвіт був би зовсім інший. Наприклад, час життя Сонця міг бути всього 50 мільйонів років (цього замало для виникнення та розвитку життя на планетах). Або, скажімо, якби Всесвіт складався тільки з водню або тільки з гелію - це теж зробило б його зовсім неживим. Варіанти Всесвіту з іншими масами протонів, нейтронів, електронів не підходять для життя в тому вигляді, в якому ми його знаємо. Розрахунки переконують: елементарні частки нам потрібні саме такі, якими вони є! І розмірність простору має фундаментальне значення для існування як планетних систем, так і окремих атомів (з електронами, що рухаються навколо ядер). Ми живемо у тривимірному світі і не могли б жити у світі з більшою чи меншою кількістю вимірів.

Виходить, що у Всесвіті все ніби "підігнано" так, щоб життя в ньому могло з'явитися та розвиватися! Ми, звичайно, намалювали дуже спрощену картину, тому що у виникненні та розвитку життя величезну роль відіграють не лише фізика, а й хімія та біологія. Втім, за іншої фізики могли б стати і хімія, і біологія.

Всі ці міркування призводять до того, що у філософії називають антропним принципом. Це спроба розглядати Всесвіт у "людиномірному" вимірі, тобто з погляду його існування. Сам по собі антропний принцип не може пояснити, чому Всесвіт такий, яким ми його спостерігаємо. Але він певною мірою допомагає дослідникам формулювати нові завдання. Наприклад, дивовижне "припасування" фундаментальних властивостей нашого Всесвіту можна розглядати як обставину, що свідчить про унікальність нашого Всесвіту. А звідси, схоже, один крок до гіпотези про існування зовсім інших всесвітів, світів абсолютно не схожих на наш. І їхнє число в принципі може бути необмежено величезним.

Тепер спробуємо наблизитись до проблеми існування інших всесвітів з позицій сучасної космології, науки, що вивчає Всесвіт як ціле (на відміну від космогонії, що досліджує походження планет, зірок, галактик).

Згадайте, відкриття того, що Метагалактика розширюється, майже відразу призвело до гіпотези про Великий вибух (див. "Наука і життя" № 2, 1998). Вважається, що він стався приблизно 15 мільярдів років тому. Дуже щільна і гаряча речовина проходила одну за іншою стадією "гарячого Всесвіту". Так, через 1 мільярд років після Великого вибуху з хмар водню і гелію, що утворилися на той час, стали виникати "протогалактики" і в них - перші зірки.Гіпотеза "гарячого Всесвіту" ґрунтується на розрахунках, що дозволяють простежити історію раннього Всесвіту, починаючи буквально з першої секунди.

Ось що писав наш відомий фізик академік Я. Б. Зельдович: "Теорія Великого вибуху зараз не має скільки-небудь помітних недоліків. Я б навіть сказав, що вона настільки ж надійно встановлена ​​і вірна, як правильно, що Земля обертається навколо Сонця. Обидві теорії займали центральне місце в картині світобудови свого часу , і обидві мали багато противників, які стверджували, що нові ідеї, закладені в них, абсурдні та суперечать здоровому сенсу. Але подібні виступи не в змозі перешкоджати успіху нових теорій.

Це було сказано на початку 80-х років, коли вже робилися перші спроби суттєво доповнити гіпотезу "гарячого Всесвіту" важливою ідеєю про те, що відбувалося в першу секунду "творіння", коли температура була вищою за 10 28 До. Зробити ще один крок до самого початку вдалося завдяки новітнім досягненням фізики елементарних частинок. Саме на стику фізики і астрофізики стала розвиватися гіпотеза "всесвіту, що роздмухується" (див. "Наука і життя" № 8, 1985 р.). За своєю незвичайністю гіпотеза " Всесвіту , що роздмухується " може бути цілком віднесена до числа " божевільних " . Проте з історії науки відомо, що такі гіпотези і теорії нерідко стають важливими віхами по дорозі розвитку науки.

Суть гіпотези " Всесвіту, що роздмухується" в тому, що в "самому початку" Всесвіт жахливо швидко розширювався. За якісь 10 -32 з розміром Всесвіту, що народжується, виріс не в 10 разів, як це належало б при "нормальному" розширенні, а в 10 50 або навіть в 10 1000000 разів. Розширення відбувалося прискорено, а енергія одиниці обсягу залишалася незмінною.Вчені доводять, що початкові моменти розширення відбувалися у "вакуумі". Слово це тут поставлене в лапках, оскільки вакуум був не звичайним, а хибним, бо важко назвати звичайним "вакуум" щільністю1077 кг/м 3 ! З такого хибного (або фізичного) вакууму, що мав дивовижні властивості (наприклад, негативний тиск), могла утворитися не одна, а безліч метагалактик (у тому числі, звичайно, і наша). І кожна з них - це міні-всесвіт зі своїм набором фізичних констант, своєю структурою та іншими властивими їй особливостями (докладніше про це див. "Земля та Всесвіт" № 1, 1989).

Але де ж ці родичі нашої Метагалактики? Ймовірно, вони, як і наш Всесвіт, утворилися в результаті "роздування" домен ("домени" від французького domaine - область, сфера), на які негайно розбився дуже ранній Всесвіт. Оскільки кожна така область роздулася до розмірів, що перевищують нинішній розмір Метагалактики, їхні межі віддалені одна від одної на величезні відстані. Можливо, найближча з міні-всесвітів знаходиться від нас на відстані близько 10-35 світлових років. Нагадаємо, що розмір Метагалактики "всього" 10-10 світлових років! Виходить, що не поряд з нами, а десь дуже далеко один від одного існують інші, ймовірно, зовсім дивовижні, за нашими поняттями, світи.

Отже, можливо, що світ, у якому ми живемо, значно складніший, ніж передбачалося й досі. Цілком ймовірно, що він складається з безлічі всесвітів у Всесвіті. Про цей Великий Всесвіт, складний, напрочуд різноманітний, ми поки що практично нічого не знаємо. Але одне таки, здається, знаємо. Якими б не були далекі від нас інші міні-світи, кожен із них є реальним.Вони не вигадані, подібно до деяких модних нині "паралельних" світів, про які зараз нерідко говорять люди, далекі від науки.

Ну, а що ж все-таки виходить? Зірки, планети, галактики, метагалактики всі разом займають лише крихітне місце в безмежних просторах надзвичайно розрідженої речовини. І більше у Всесвіті нічого немає? Аж надто просто. У це якось важко повірити.

І астрофізики вже давно щось шукають у Всесвіті. Спостереження свідчать про існування "прихованої маси", якоїсь невидимої "темної" матерії. Її не можна побачити навіть у найпотужніший телескоп, але вона проявляє себе своїм гравітаційним впливом на звичайну речовину. Ще зовсім недавно астрофізики припускали, що в галактиках і в просторі між ними такої прихованої матерії приблизно стільки ж, скільки і речовини, що спостерігається. Однак останнім часом багато дослідників дійшли ще більш сенсаційного висновку: "нормальної" речовини в нашому Всесвіті - не більше п'яти відсотків, решта - "невидимки".

Припускають, що з них 70 відсотків – це рівномірно розподілені у просторі квантомеханічні, вакуумні структури (саме вони зумовлюють розширення Метагалактики), а 25 відсотків – різні екзотичні об'єкти. Наприклад, чорні дірки малої маси, майже точкові; дуже протяжні об'єкти – "струни"; доменні стіни, про які ми вже згадували. Але крім таких об'єктів "приховану" масу можуть становити цілі класи гіпотетичних елементарних частинок, наприклад, "дзеркальних частинок". Відомий російський астрофізик академік РАН Н. С.Кардашев (колись дуже давно ми з ним обидва були активними членами астрономічного гуртка при Московському планетарії) припускає, що з "дзеркальних частинок" може складатися невидимий нами "дзеркальний світ" зі своїми планетами та зірками. А речовини у "дзеркальному світі" приблизно вп'ятеро більше, ніж у нашому. Виявляється, вчені мають деякі підстави припускати, що "дзеркальний світ" ніби пронизує наш. Ось тільки знайти його поки що не вдається.

Ідея майже казкова, фантастична. Але як знати, можливо, хтось із вас - сучасних любителів астрономії - стане дослідником у майбутньому ХХI столітті і зможе розкрити таємницю "дзеркального Всесвіту".

Публікації на тему в "Науці та житті"

Шульга В. Космічні лінзи та пошук темної речовини у Всесвіті. – 1994, № 2.

Ройзен І. Всесвіт між миттю та вічністю. – 1996, №№ 11, 12.

Сажин М., Шульга Ст. Загадки космічних струн. – 1998, № 4.