С чего все началось?

Мир, в котором мы живем, лишь в малой степени доступен нашим органам чувств. Однако разум человека позволил ему проникнуть далеко за границы видимого и осязаемого. При этом наиболее существенное продвижение обеспечили не микроскопы и телескопы, непосредственно увеличивающие возможности глаз, а ускорители элементарных частиц, радиотелескопы, разнообразные приборы для исследования спектров и многие другие, среди которых особое место занимают электронные вычислительные машины. Можно сказать, что ЭВМ вооружают не органы чувств, а мозг - орган познания.

Именно мозг, а не органы чувств позволяют нам все глубже проникать в микромир и макрокосмос. Ведь без приборов, порожденных мыслью ученых, инженеров и конструкторов, мы бессильны при обработке сотен тысяч фотографий, среди которых лишь на нескольких зафиксировано рождение неизвестной частицы или протекание загадочной реакции; без приборов мы не могли бы узнать что-либо о таинственных ядрах галактик и многое другое...

Нас уже не удивляет то, что новое в мире скрывается за пределами видимого и для его исследования необходимо создавать все более сложные приборы.

Поразительно, что такое положение сложилось не только в глубинах атома, но и в современной астрономии, особенно в космологии, изучающей строение и развитие Вселенной.

В течение более двух тысячелетий астрономия основывалась на непосредственном наблюдении светил. Галилей, направив свою зрительную трубу в небо, обнаружил не только пятна на Солнце и спутников Юпитера, но и мириады звезд, недоступных невооруженному глазу.

Увеличение размеров и точности телескопов позволило наблюдать все более далекие и все менее яркие светила. Пришло время, и астрономы научились рассматривать даже объекты, совершенно не излучающие видимого света. Читатель вправе усомниться - телескоп не может зарегистрировать невидимую звезду! Речь не об этом. И даже не о наблюдении в недоступных глазу областях спектра, когда применяются специальные приборы, регистрирующие инфракрасное или ультрафиолетовое излучение. Речь идет о косвенном наблюдении, если можно так выразиться.

Астрономы обнаружили очень маленькие периодические движения некоторых "неподвижных" звезд. Какой они сделали вывод? Эти движения, по их мнению, свидетельствуют о том, что колеблющиеся звезды обладают незримыми спутниками. При помощи спектрального анализа света загадочных звезд и путем сложных расчетов удается получить много сведений об этих удаленных мирах. В одних случаях спутники оказались меньшими, чем видимая звезда,- это никого не удивило, их можно уподобить планетам. В других - не только превосходят по массе видимую звезду, но остаются невидимыми! Ничего подобного астрономы раньше не знали и аналогий этому не находят. Обнаружение звездных пар, в которых невидимая компонента превосходит видимую, поставило астрономов перед сложной задачей.

Эта задача осталась, по существу, нерешенной и по сей день. Но чтобы предугадать направление ее возможного решения, оглянемся на путь, в конце - которого остановился Ньютон, и попробуем ухватиться за копчик этой нити Ариадны. Может быть, она приведет нас к пониманию секрета возникновения и невидимых, и видимых звезд, и всего многообразия подлунного мира...

После того как была отвергнута догадка Аристарха о движении Земли и планет вокруг Солнца в угоду системы Птолемея, утвердившего неподвижную Землю в центре мироздания, прошли века.

Понадобилось мужество Коперника, чтобы восстать против мертвящей схоластики, освященной клерикалами и поддерживаемой авторитетом священного писания. Мужество, подобное доблести сапера, незримо и тихо подводящего грозную мину под крепость врага. Упорная работа в мрачном, грозящем обвалом штреке, рядом со страшной взрывчаткой требует не меньшей смелости, чем лихая атака.

Кеплер и Галилей, каждый по-своему, продолжили дело Коперника. Кеплер описал движение планет на языке математики. Галилей показал людям малое подобие Солнечной системы в виде спутников Юпитера.

Но людям недостаточно увидеть и даже описать видимое. Они хотят знать, почему происходит то, что наблюдают.

Ответить на вопрос "почему?" обычно много труднее, чем описать, "как" протекает то или иное явление. Труды армии ученых подготавливают фундамент для прорывов, которые под силу лишь гениям.

Загадка движений планет покорилась Ньютону. Для этого ему пришлось понять, записать в виде простой формулы, а потом применить закон всемирного тяготения. Закон, управляющий движением планет и звезд, полетом пуль, падением яблока и грозными океанскими приливами. Законы Кеплера оказались простыми следствиями закона тяготения.

Все казалось предельно ясным. Единый закон управляет множеством разнообразных явлений. Великая тайна мироздания открылась людям во всей своей гармоничной простоте. Ученые и простые люди преклонялись перед гением Ньютона, достигшего пределов познания.

Неудовлетворенным оставался прежде всего сам Ньютон. На фоне его грандиозных достижений еще раз проявили свою мощь объективные законы познания. Объяснив, почему планеты движутся по своим орбитам, почему орбиты имеют форму эллипсов и многое другое, Ньютон хотел знать, как началось движение планет. Закон тяготения и все законы механики оказались недостаточными, чтобы ответить на этот вопрос. Ньютон так и не сумел понять, с чего все началось. Ему пришлось обратиться к воле божьей, к первому толчку, причина и природа которого лежали за пределами механики, созданной Ньютоном.

Ньютон передал нерешенную загадку потомкам, и она казалась доказательством благости божественного промысла, создавшего мир, свидетельством тщетности попыток понять, как протекал процесс созидания.

С этим не захотели мириться философ Кант и математик Лаплас. Оба они стремились понять строение и развитие мира без ссылок на божью волю. Они нашли в законах Ньютона все нужное для этой цели. И создали спою версию возникновения мира. Их гипотеза вышла далеко за пределы астрономии и физики, став гимном и знаменем освобождения человеческого разума от всяких догм.

Гипотеза Канта - Лапласа исходит из данных астрономических наблюдений. Астрономы обнаружили в бескрайних глубинах Вселенной огромное количество туманных образований. Одни из- них имеют спиральную форму. Другие оказываются шаровыми скоплениями множества звезд. А есть и такие, что сохраняют вид газовых облаков, и исследования спектров их свечения подтверждают их газовую структуру.

Не являются ли газовые шаровые туманности первоначальной стадией эволюции звездных миров? Это было простое и заманчивое предположение. Сжимаясь под влиянием сил тяготения, туманности вполне могут распасться на части, из которых впоследствии постепенно образуются звезды.

Напрашиваются два варианта эволюции. Один приводит к шаровым звездным скоплениям, в которых звезды расположены более или менее равномерно. Другой ведет к образованию вращающихся спиральных скоплений, в которых звезды сосредоточены в рукавах, закрученных вокруг центра туманности.

И почему бы при этом не допустить, что процессы, ответственные за распад первоначальной туманности (по крайней мере в спиральных скоплениях), не только продолжаются до стадии образования звезд, но и приводят к появлению их спутников-планет?

Математические расчеты, проведенные Лапласом с учетом законов механики Ньютона, подтвердили полное соответствие этой гипотезы законам всемирного тяготения.

Согласно ей первичная туманность, вращаясь, распадается на части, из которых постепенно возникают Солнце, планеты и их спутники. Не удивительно, что наградой авторам этой впечатляющей научной сенсации был триумф и признание.

Великое значение гипотезы Канта - Лапласа, не оставившей в модели мироздания места для бога, не умаляется тем, что со временем она оказалась совершенно несоответствующей действительности.

Главная неувязка проявилась при распределении между Солнцем и планетами в момент рождения первоначального количества вещества и энергии. Ведь если все они рождены в одной туманности, то должны были поделить между собой в соответствующих пропорциях и ев массу, и энергию вращения. Но то, что дарила новорожденным гипотеза Канта - Лапласа, противоречило законам механики при всех разумных предположениях о свойствах первоначальной туманности. Не давали баланса и вращательные движения Солнца и планет - они не укладывались в разумную схему.

Нет, Кант и Лаплас не дали убедительного ответа на вечный вопрос о происхождении Солнечной системы.

На смену пришла гипотеза астронома Джинса: планеты возникли из Солнца под влиянием притяжения другой звезды, случайно прошедшей мимо Солнца на достаточно малом расстоянии.

Джине рассчитал, что при этом, в соответствии с законами Ньютона, на Солнце возникает огромная приливная волна. Она не падает обратно, а распадается на части. Планеты и их спутники, возможно,- остывшие части такой раскаленной приливной волны. При этом непосредственно объясняется и существование нагретых земных недр - остатков первоначального костра, и отсутствие атмосферы на Луне, и многое другое, что, впрочем, объяснялось и гипотезой Канта - Лапласа.

Несостоятельность гипотезы Джинса вскрылась скорее, чем пороки ее предшественницы. Она, как и гипотеза Канта - Лапласа, не могла объяснить, почему некоторые члены семейства Солнечной системы вращаются на-встречу остальным. Выявились и другие противоречия.

"Проклятый" вопрос о происхождении Солнечной системы не сходил с повестки для научных дискуссий.

Следующим крупным шагом стала гипотеза известного советского ученого-математика, астронома и полярника Шмидта. В ней были отзвуки прежних мнений, нечто общее с гипотезой Канта - Лапласа. Но содержались и существенно новые идеи: планеты, по мысли Шмидта, возникли как результат объединения твердых частиц, входивших в газово-пылевое облако, первоначально заполнявшее окрестности Солнца. Как объясняется в этой гипотезе разогрев недр крупных планет? Радиоактивными процессами. А странные обратные движения некоторых небесных тел? Они могут по логике рассуждений возникнуть в ходе объединения частиц, получивших такие движения в результате случайных столкновений в первоначальном газово-пылевом облаке. Несоответствие в распределении массы и вращательного движения между планетами и Солнцем, оказавшееся непреодолимым для гипотезы Канта - Лапласа, объяснялось дополнительной гипотезой: газово-пылевая туманность не возникла вместе с Солнцем, а была им захвачена впоследствии при встрече в просторах космоса.

Распределение масс и движений ничем не связаны и определяются произволом случайности.

Гипотеза Шмидта до сих пор считается наиболее привлекательной. Однако против нее имеются и возражения. Загадка происхождения Солнечной системы так и не решена окончательно.

Не следует забывать, что гипотеза Шмидта, как и ее предшественницы, рискует объяснить лишь образование планет Солнечной системы. Ни одна из гипотез не проливает света на развитие Вселенной как целого, на проблему возникновения звезд, на образование и эволюцию звездных скоплений и газовых облаков.

В прошлом веке, когда гипотеза Канта - Лапласа еще не была отвергнута, положение казалось вполне удовлетворительным. После того как ее неприменимость к образованию планетных систем была общепризнана, большинство ученых предпочитали сохранить ее для объяснения ранних стадий развития Вселенной, для описания эволюции газовых туманностей в звездные скопления. Но прежняя уверенность все более слабела по мере накопления новых наблюдений.

Решающий перелом в космологии, как и во многих других областях, вызвала теория относительности. Сразу после создания общей теории относительности, включившей в свою сферу поля тяготения, Эйнштейн применил ее к решению задачи о строении Вселенной.

И это было подобно тому, словно человечество построило новый телескоп, обладающий необыкновенной зоркостью. Правда, самую впечатляющую находку заметил не Эйнштейн, а мало кому известный в то время ленинградский математик Фридман, интересовавшийся до того главным образом проблемами метеорологии. Он обнаружил, что Эйнштейн не увидел странного вывода, вытекающего из уравнений общей теории относительности.

Фридман еще раз обнаружил, что уравнения иногда оказываются "умнее" своего создателя. Фридман понял, что одно из возможных решений эйнштейновских уравнений общей теории относительности описывает эволюцию Вселенной как ее постоянное расширение. В соответствии с этим можно строить достоверное предположение о том, что вся масса Вселенной была первоначально сосредоточена в чрезвычайно плотном и горячем сгустке. А затем началось расширение, и это расширение происходит до сих пор... Причем скорость расширения возрастает по мере увеличения расстояний... Необычность выводов Фридмана, помимо прочего, состояла в том, что любая точка пространства рассматривалась им как центр расширяющейся Вселенной.

Никто, даже Эйнштейн, не поверил Фридману. Но вскоре он понял, что решение Фридмана не содержит ошибки. Он сообщил об этом в специальной статье, в которой отметил и то, что ранее заблуждался и не понял работу Фридмана.

Прошли годы, решение, найденное Фридманом, получило неожиданную опору в наблюдении астронома Хаббла.

О сенсационном наблюдении Хаббла много писали, все о нем знали, но то, что обнаружил Хаббл, не перестает поражать воображение: все отдаленные туманности убегают от нас с огромными скоростями, причем скорость каждой туманности тем больше, чем дальше она отстоит от Земли. Многие астрономы подтвердили правильность наблюдений Хаббла, но объяснить причины этого удивительного разбегания не мог никто. Это была еще одна загадка, которую природа подбросила человеку в дополнение ко многим и многим все еще не решенным.

Впоследствии оказалось, что решение Фридмана способно привести к различным вариантам эволюции Вселенной. Она может не только безгранично расширяться, но и совершать пульсации, при которых стадии расширения сменяются стадиями сжатия. Но так ли это? Здесь приходится полагаться только на формулы, воображение и интуицию. Ученые до сих пор не могут прийти к единодушию в этом вопросе. Опыт, который помог бы сделать окончательный выбор, еще не дает достаточно точных результатов.