РАСШИРЯЕТСЯ ЛИ ВСЕЛЕННАЯ?

Наука и жизнь 1939 №8-9

Астрономия переживает в настоящее время, примерно, такой же интересный момент, какой она пережила около 300 лет назад под влиянием первых телескопических открытий Галилея и других учёных, подтвердивших учение Коперника.

В развитии наших знаний о строении и размерах вселенной можно отметить три основных этапа. Вначале Земля была осознана как небесное тело, входящее в состав целой семьи планет, движущихся вокруг Солнца. Потом было установлено, что солнечная система («мир Коперника») представляет собой ничтожную часть колоссальной федерации звёзд. Наконец, оказалось, что наша звёздная система («мир Гершеля») является чрезвычайно малой частью мира галактик («мира Хеббла»). Таким образом перед астрономией открылась такая область вселенной, в которой элементарными «структурными единицами» являются уже не планеты и не отдельные звёзды, а галактики - скопления из миллиардов звёзд.

По подсчёту Эдвина Хеббла, при помощи крупнейшего современного телескопа (100-дюймового рефлектора) может быть обнаружено примерно 100 млн. галактик, которые имеют вид светящихся туманностей. Самые далёкие из различных галактик отстоят от нас на расстоянии порядка 500 млн. световых лет, так что в настоящее время астрономическому обозрению доступна сфера с радиусом около 500 млн. световых лет. Возможно получение в недалёком будущем доказательств, что галактики, подобно звёздам Млечного пути (т. е. нашей Галактике), имеют определённую границу. Но эта граница не будет границей вселенной,- она лишь покажет, что все известные нам галактики образуют одно целое, одну великую систему («метагалактику»), за пределами которой надо искать другие такие же системы. Таким образом успехи изучения галактик приводят к постановке грандиозной проблемы, над разрешением которой будет работать не одно поколение астрономов, - к вопросу о строении сверхсистемы млечных путей. А изучение этой великой проблемы не может не привести нас к старому вопросу - конечна или бесконечна вселенная?

Вселенная бесконечна

Со времени Ньютона астрономы думали, что в бесконечном пространстве небесные светила распределены довольно равномерно и что число их, следовательно, бесконечно. Но уже в 1744 г. астроном Шезо, а затем Ольберс, высказали мнение, что это предположение ошибочно, так как если бы вся поверхность небосвода была равномерно покрыта звёздами, то из каждой её точки до нас доходил бы свет, т. е. ночью небо во всех точках сияло бы одинаково ярко; это заключение известно под названием фотометрического парадокса. Так как вместе со светом идёт и теплота, то в таком случае в каждой точке мирового пространства царствовала бы равномерная чрезвычайно высокая температура. Наконец, Зеелигер в 1895 г. пришёл к заключению, что при допущении бесконечного количества равномерно распределённых небесных тел действие силы притяжения всех этих тел на любое небесное тело должно быть бесконечно большим или же неопределённым, так что оправдываемые на практике законы механики должны быть неприменимы к светилам; этот вывод назван гравитационным парадоксом.

Но ведь все это такие выводы, которые резко противоречат всему наблюдаемому в действительности. Все небо ночью вовсе не сияет одинаково сильным светом, а температура высших слоев нашей атмосферы на границе с междузвёздным пространством не только не высокая, а, наоборот, чрезвычайно низкая. Что же касается действия сил притяжения всей совокупности тел вселенной на каждую планету, комету или звезду, то оно является величиной конечной, т. е. имеет вполне определённую величину в любой точке мирового пространства. При этом оно так слабо, так незначительно, что, например, в случае тел солнечной системы (при изучении планет и спутников) астрономы им даже пренебрегают.

Но ещё в 1878 г. Проктор отметил, что при неравномерном распределении космических образований никакого фотометрического парадокса не будет. В настоящее же время установлено, что звёзды не распределены равномерно по всему пространству, а образуют систему Млечного пути, причём таких звёздных систем существует несметное количество. В связи с этими фактами недавно умерший астроном Шарлье выдвинул такую схему строения вселенной: наш Млечный путь, или Галактика, с десятками миллиардов своих солнц и других тел несется в пространстве со скоростью нескольких сотен километров в секунду; кругом этого громадного звёздного «острова» носятся другие такие же острова, которые в совокупности образуют как бы колоссальный «архипелаг», или «метагалактику»; далеко за границами нашего роя галактик носятся другие такие же грандиозные сверхсистемы, а скопище таких сверхсистем образует систему ещё высшего порядка, и так до бесконечности. При этом Шарлье, основываясь на ньютоновской механике, доказывал, что при выборе определённого соотношения между радиусами всех этих космических образований бесконечная вселенная все же может действовать как конечная система, т. е. упомянутые парадоксы отпадают.

Однако в последнее время немало крупных буржуазных учёных отстаивают представление о пространственно ограниченной вселенной, при этом важнейшее препятствие на пути признания бесконечности вселенной они видят в новейших данных о движении внегалактических туманностей.

Смещение спектральных линий

Дело в том, что выход астрономии в «Большую вселенную», т. е. за пределы Млечного пути, ознаменовался открытием весьма странного факта. Именно, ещё в 1914 г. Слайфер нашёл, что спектры почти всех внегалактических туманностей обнаруживают очень большое смещение спектральных линий в направлении к красной части спектра. Обыкновенно такое явление истолковывается в смысле принципа Допплера-Физо, который говорит о смещении спектральных линий против нормального положения в зависимости от приближения или удаления от нас источника света. Именно,при удалении светила от Земли число воспринимаемых нами в секунду световых колебаний уменьшается, т. е. длина волны становится больше, вследствие чего спектральные линии этого светила смещаются в сторону красной части спектра (более длинных волн). Следовательно, согласно принципу Допплера-Физо «красное смещение» спектральных линий внегалактических туманностей указывает на то, что за ничтожным исключением все эти туманности удаляются от нас с огромными скоростями.

Наиболее отдалённые из галактик обнаруживают смещение спектральных линий, которое говорит об удалении этих объектов со скоростью десятков тысяч километров в секунду. При этом Хеббл, де Ситтер и другие астрономы установили, что в общем эти скорости приблизительно пропорциональны расстоянию, т. е. они тем больше, чем дальше находятся от нас внегалактические туманности. Оказалось, что существует определённое «соотношение скорости с расстоянием», - на каждый миллион световых лет расстояния скорость удаления внегалактических космических образований увеличивается приблизительно на 170 км/сек.

В поисках объяснения этого факта идеалистически настроенные учёные создали весьма нашумевшее фантастическое представление о мире, которое основано на теории относительности Эйнштейна и на ряде довольно произвольных допущений. Согласно этому представлению, развитому бельгийским аббатом Леметром, вселенная занимает конечный объём, причём этот объём не остается неизменным, а с течением времени меняется. Если предположить, что этот объём неуклонно расширяется, подобно объёму раздувающегося мыльного пузыря, то галактики должны непрерывно удаляться одна от другой, т. е. вся вселенная должна «пухнуть», так как расстояние между любыми её точками всё время увеличивается. Картина же удаления внегалактических туманностей при таком допущении будет одна и та же, где бы ни наблюдали эти объекты: вследствие расширения объёма вселенной не только с Земли, но и со всякой другой точки должно быть видно, что галактики разлетаются в разные стороны. По этой теории нет пределов рассеянию галактик, расширению вселенной, так что вселенная становится все разрежённее и пустыннее.

Что же касается вопроса об «исходном состоянии» вселенной, то некоторые космологи допускают, что вселенная начала раздуваться от некоторого определённого постоянного радиуса; например, Эддингтон начинает свои вычисления с того момента, когда галактики приходили в соприкосновение друг с другом. Но гораздо последовательнее их Леметр, который идёт дальше и допускает сведение всей вселенной к одной геометрической «точке», которая начала разбухать. Этот рясофорный математик считает, что был момент, когда радиус вселенной равнялся нулю, так что вся вселенная представляла собой один единственный «атом». Однако, этот «атом», по мнению Леметра, был необыкновенным, чудесным атомом, так как в нем одном были заложены «мыслящий дух» и все предпосылки для образования вселенной с её бесконечным разнообразием. Выходит, таким образом, что весь мир появился лишь после того, как «великий зодчий» вселенной сотворил «первичный атом» и наделил эту материальную точку определёнными законами, которые действуют теперь и благодаря которым вселенная развивается и расширяется...

Нелепость теории расширяющейся вселенной

Все эти нелепые выводы вызваны логической бессмысленностью и антинаучностью предпосылок, заложенных в основе теории расширяющейся вселенной. Ведь вселенная - это совокупность всего существующего, т. е. движущаяся материя, которая бесконечна во времени и пространстве, так что вне вселенной ничего нет и быть не может. Так же нет и быть не может никакого «пустого пространства», так как пространство есть форма бытия материи, т. е. оно не существует независимо от тел природы. Поэтому, когда говорят о расширении вселенной, то никак нельзя отвязаться от вопроса: да куда же это она расширяется? На это можно лишь ответить: «в ничто», что разумеется, не имеет никакого смысла.

Между прочим, творцы этой теории говорят, что вселенная расширялась бы даже и тогда, когда вещества (тел, излучения и пр.) не было бы вовсе. Они заявляют, что удаление, разбегание внегалактических объектов обусловлено не их собственным движением в бесконечном пространстве, а разбуханием самого конечного пространства, т. е. оно обусловлено не движением материи, а движением пространства. Таким образом здесь материя совершенно отрывается от пространства - последнее не признается формой существования материи.

Все это неизбежно ведёт к самой оголтелой мистике, к идее творения «из ничего». Ведь пространство как форма бытия материи есть сумма кубических метров, километров и т. д., так что под увеличением размеров пространства можно понимать лишь увеличение количества кубических метров, километров и т. д. Значит, из теории расширения вселенной вытекает, что во всей вселенной неуклонно происходит возникновение новых и новых кубических метров, километров и т. д. А если допустить, что зарождающиеся вследствие разбухания новые пространства не фиктивны, а реальны, т. е. не пусты, а связаны с материей (заполнены), то необходимо придётся прибегнуть к вмешательству «творческой силы», к антинаучному представлению о возникновении материи «из ничего»...

В последнее время у некоторых учёных начинает замечаться стремление внести изменение в теорию расширяющейся вселенной с целью освободить эту теорию от некоторых нелепых выводов. Исправление достигается при помощи допущения, что вселенная когда-то сжималась или периодически испытывала определённое сокращение. Но это допущение тоже нелепо, так как оно неизбежно ведет к вопросу,- куда же девается пропавшее пространство вселенной?

Ведь приходится допустить, что во вселенной происходит окончательная потеря кубических метров, километров, и т. д., уничтожение пространства, превращение пространства «в ничто»...

Какую бы из теорий расширяющейся вселенной мы ни приняли, все они приводят к заключению, что внегалактические туманности мчатся от нас во все концы, т. е. весь мир, лежащий за пределами Млечного пути, «убегает» от нас и ничто не занимает места этих объектов. Но если это действительно так, то лишь вопросом времени (и даже очень непродолжительного времени) является общее и окончательное исчезновение галактик из нашего «поля зрения». Ведь некоторые галактики должны были уже настолько удалиться от нас, что приобрели чрезвычайно большие скорости. Те из них, которые находятся от нас на расстоянии, примерно, 2 млрд. световых лет (это всего лишь в несколько раз дальше наиболее далёких из изученных нами объектов), должны лететь с большей скоростью, чем скорость света. Поэтому свет от таких туманностей не сможет к нам никогда долететь, - у него для этого «не хватит скорости», так что мы никогда не сможем увидеть эти объекты. Впрочем, на самом деле галактики должны стать невидимыми даже ещё раньше; вычисления показывают, что когда они начнут удаляться от нас со скоростью всего в 1/2 скорости света, то все лучи от них станут инфракрасными, т. е. невидимыми для глаза.

Итак, теория расширяющейся вселенной приводит к заключению, что свет далеко умчавшихся от нас галактик никогда не дойдет до нас. А так как согласно теории относительности скорость света является крайней скоростью, с которой до нас могут дойти какие-либо сигналы, то отсюда следует, что об этих объектах мы никогда не сумеем ничего узнать- Эти объекты как бы «закатились за горизонт нашего познания», т. е. они перешли в категорию абсолютно «непознаваемых» вещей! При этом приходится думать, что весьма значительная часть галактик уже «закатилась», уже навсегда ушла под такой «горизонт», так что уже сравнительно недалёкие части вселенной непознаваемы. Вычисления показывают, что почти через каждые 1,8 млрд. лет расстояние внегалактических объектов от нас удваивается. Через 10 млрд. лет эти расстояния увеличатся настолько, что свет галактик станет во много раз слабее, чем теперь. Поэтому астрономы того времени не смогут наблюдать на небе подавляющего большинства интересных явлений, которые мы видим теперь в таком изобилии, так что современные астрономы «должны торопиться» изучать эти исчезающие для нас мировые системы. Таким образом для мира, существующего биллионы лет (а такими мирами, по мнению многих астрономов, являются звёзды), внегалактические туманности являются лишь временным небесным явлением. Даже у сторонника этого взгляда Эддингтона вырвалось замечание: «Странно, что мы появились как раз в надлежащий момент, чтобы любоваться спиральными туманностями».

Как было отмечено, теория расширяющейся вселенной ведет к заключению, что скорость наиболее удалённых внегалактических туманностей должна превысить скорость света. Но такие галактики не только станут для нас невидимыми и вообще непознаваемыми: они согласно теории относительности утеряют всякую причинную связь с нами и друг с другом! Следовательно, теория учёного попа Леметра ведёт к отрицанию причинности, взаимодействия движущейся материи, т. е. она явно клонит к разрыву с подлинной наукой, к оправданию самой оголтелой поповщины.

Неудивительно в таком случае утверждение этой теории, что вселенная представляет собой довольно кратковременное и преходящее явление, что она не извечна, а имела начало во времени, - она конечна не только в пространстве, но и во времени. Ведь, если в действительности все звёздные системы (галактики) неудержимо раздвигаются, разбегаются, то, в сущности, это значит, что вселенная имела начало во времени и что она от полнейшего «порядка» идёт к окончательному «беспорядку», к «хаосу». Словом, это представление неизбежно ведет к антинаучному, чисто поповскому учению о «конце мира», о гибели вселенной. Для подлинной науки, в согласии с диалектическим материализмом, вселенная - это бесконечный, развёртывающийся без конца, во времени и пространстве, процесс изменения материи.

Необходимо отметить, что рассматриваемая теория опирается только на факт смещения к красному концу спектральных линий галактик, но этот факт не является неоспоримым доказательством существования одних лишь скоростей отступательных движений, «разлетания» галактик. Огромность этих скоростей (наиболее слабым из доступных сейчас крупным телескопам туманностей приписывается скорость около 60 тыс. км/сек!) вызывает и продолжает вызывать сомнения в их реальности. Во всяком случае есть основание думать, что многие иные очень разнообразные причины, отличные от быстрого удаления тела, могут вызывать смещение спектральных линий к красному концу.

Характерно также, что статистический подсчёт некоторых особенностей весьма удалённых внегалактических объектов должен привести к совершенно различным результатам в случае вселенной бесконечной, т. е. «плоской» (эвклидовой), нерасширяющейся, и в случае вселенной конечной, т. е. «искривлённой» (неэвклидовой), расширяющейся. Уже несколько лет назад де-Ситтер пришёл к заключению, что статистика внегалактических туманностей не даёт никаких указаний в пользу представления о кривизне, замкнутости вселенной. Этот вывод в самое последнее время получил блестящее подтверждение в работах Толмена и, в особенности, Хеббла: результат их статистического подсчёта ясно показывает, что нет никакой необходимости становиться на точку зрения той или иной разновидности теории конечной вселенной. Таким образом это заключение не может не ввести в замешательство всех сторонников этой теории.

Теория Милна

Теория расширяющейся вселенной загнала буржуазную науку буквально в безнадёжный тупик. В связи с этим большой интерес представляет теория Милна, которая, пытаясь вывести вопрос из тупика, показывает, как может быть решена проблема «красного смещения» галактик, рассматриваемого в качестве допплеровского эффекта (т. е. как свидетельства удаления галактик по лучу зрения).

По Милну, в момент возникновения всех видимых и невидимых галактик они составляли некоторый рой и находились весьма близко друг от друга. Все они двигались прямолинейно и равномерно, но по всем направлениям и с самыми разнообразными скоростями, вплоть до скорости света. По истечении некоторого времени галактики разбежались в различные стороны, причём те из них, которые обладали большими скоростями, успели удалиться раньше других. Наиболее быстрые из них в конце концов оказались на границе роя, причём скоро они должны совсем вылететь из него. Выходит таким образом, что чем больше скорость галактик, тем дальше они должны были успеть уйти от центра роя, т. е. получается как раз наблюдаемая нами зависимость между расстоянием галактик и скоростью удаления. Но если по Леметру возрастание скорости удаления галактик вызвано их расстоянием от нас, то по Милну дело обстоит как раз наоборот: большие расстояния порождены большими скоростями.

Таким образом, теория Милна очень просто объясняет выведенную из «красного смещения» зависимость скорости галактик от их расстояния, совершенно не прибегая к представлению о расширении вселенной. Сам Милн, подчёркивая удивительную «элементарность» своего объяснения, правильно заметил: «Если бы это объяснение предложили до того, как мы узнали общую теорию относительности, оно, без сомнения, было бы всеми принято как очевидное; теперь же оно должно противостоять накопившейся инерции пятнадцатилетних исследований по другому, более неясному пути».

Однако Милн развил свою космологическую теорию в таком направлении, что попал в подобное же идеалистическое, глубоко реакционное болото, как Леметр и другие. Признавая бесконечность пространства, Милн все же сделал очень большую ошибку, приняв, в сущности, что его рой галактик единственный во вселенной, т. е. допустив конечность количества вещества в бесконечно большом пространстве. Это завело всю его теорию в тупик противоречий, из которых он оказался не в силах выбраться.

Милн стоит на почве выдвинутого Эйнштейном принципа,что «все точки пространства равноправны», т. е. ни одна из них не выделяется среди других. Этот принцип понадобился Милну для того, чтобы не допускать совершенно невероятного положения Земли в центре роя галактик, ибо физический смысл этого принципа сводился к признанию, что Земля или какая-либо другая точка пространства не могут быть в центре вселенной. Но Эйнштейна принцип равноправности всех точек пространства привел к представлению об одинаковой плотности вещества во вселенной, а это представление вызвало большое затруднение. Оно вело к фотометрическому парадоксу, т. е. требовало ослепительного сияния всего неба, и вследствие этого Эйнштейну пришлось допустить конечность объёма вселенной. Милн же несколько изменил этот принцип, и благодаря этому плотность вещества во вселенной у него получилась не одинаковой, а подчиняющейся очень специальному закону. А тот факт, что небо при бесконечном пространстве не кажется нам залитым сиянием галактик, Милн считает возможным объяснить на основе принципа Допплера-Физо.

По мнению Милна, по мере возрастания скорости удаления галактик их свет довольно быстро ослабевает, так как вследствие «красного смещения» спектр становится все менее и менее ярким. При скоростях удаления, близких к скорости света, галактики должны иметь такое большое «красное смещение», что весь их спектр переходит в инфракрасную часть, т. е. весь их свет становится совершенно невидимым для глаза. Подсчёты показывают, что такие туманности должны находиться от нас примерно на расстоянии 3 млрд. световых лет; они образуют границы «сферы видимости», вне которой галактики - если они там имеются - остаются для нас совершенно невидимыми, и вследствие этого не может быть фотометрического эффекта - равномерного сияния всего неба.

Что же касается гравитационного парадокса, т. е. бесконечно большой притягательной силы в любой точке вселенной, то Милну не удалось с ним справиться. Для его устранения Милну приходится сделать одно из двух допущений: либо считать, что галактики друг Друга вовсе не притягивают, либо принять, что за пределами «сферы видимости» галактик нет вообще. Но оба эти допущения одинаково неприемлемы, причём первое противоречит закону всемирного тяготения, которому подчиняется всякое вещество, а второе противоречит принципу равноправности всех точек пространства, который Милн положил в основу своей теории. Стараясь найти какой-нибудь возможный выход из получающегося тупика, Милн в конце концов выдвинул абсолютно неприемлемое для подлинной науки предположение, что галактики создаются на границе «сферы видимости» и что, таким образом, «акт творения не является однократным процессом»...

В какой поповской трясине завяз Милн, видно из того, что этот выдающийся астроном особенно подробно и «серьезно» обсуждает вопрос о дате акта творения! При этом он сильнее других отстаивает «короткую» шкалу «возраста вселенной», заявляя, что всего лишь 2 млрд. лет назад вселенная получила свое начало, т. е. произошёл акт творения вселенной. К этому его приводит соображение, что если бы существовали галактики, которые образовались раньше 2 млрд. лет, то это привело бы к новым затруднениям, ибо эти объекты должны были не удаляться, а приближаться к нам, и вследствие этого они испытывали бы не красное, а «фиолетовое смещение» в спектре.

Итак, Милн, допуская бесконечность вселенной в пространстве, все же рисует вселенную в виде расширяющегося роя галактик, за пределами которого «ничего нет». Важнейшей ошибкой Милна является его допущение, что видимая нами система галактик является единственной во всей вселенной. Это предположение, главным образом, и привело его в такой тупик, как и прежние теории, пытавшиеся объяснить разбегание галактик. Поэтому для выхода из этого тупика остается лишь одно средство - вслед за Шарлье признать, что галактики, собравшись в огромные скопления, образуют «галактики второго порядка» или супергалактики.

Можно вполне согласиться с мнением советского астронома К. Ф. Огородникова, что разбегание галактик (если считать, что это неоспоримый факт) может быть очень просто объяснено при помощи исходной идеи Милна о реальном расширении системы галактик в трёхмерном бесконечном пространстве. При этом за начало расширения этой системы естественно принять эпоху конденсации (хотя бы в результате рассмотренного Джинсом космогонического процесса) галактик первого порядка из гигантской газовой галактики второго порядка - сверхгалактики. Ведь описанная Милном картина разлетающихся во все стороны галактик вполне отвечает тому, что мы видим в действительности, причём она должна получиться сама собой почти при любом положении наблюдателя внутри этой супергалактики. Однако это явление мы должны будем считать лишь «местным явлением», т. е. относящимся только к «нашей сверхгалактике», а вовсе не ко всей вселенной, ибо она бесконечна. Вполне возможно, что такие же явления происходят и в каких-нибудь других сверхгалактиках, которые несомненно будут открыты в недалёком будущем.

Но существует и другая точка зрения, допускающая, что «красное смещение» не является результатом разбегания туманностей и не может быть истолковано на основании принципа Допплера. Согласно этой точке зрения «красное смещение» происходит вследствие потери световым лучом части своей энергии в течение своего путешествия, длящегося миллионы лет. Нам неизвестно, по какой причине происходит эта потеря энергии, и неизвестен также самый механизм этого процесса. Здесь, как говорит Хеббл, предстоит ещё сделать открытие фундаментальной важности. Но если это предположение подтвердится, то «красное смещение» получит простое объяснение, не уводящее ни в какие мистические дали. Действительно, потеря лучом энергии должна выразиться в замедлении световых колебаний. Если эта потеря пропорциональна расстоянию, то мы будем наблюдать соответствующее замедление колебаний в виде смещения спектральных линий к красному концу спектра совсем так, как это наблюдается в спектрах туманностей.

Теория расширяющейся вселенной не дала и не может дать решения проблемы «красного смещения» спектральных линий внегалактических туманностей. Ленин в «Материализме и эмпириокритицизме» отметил, что современные буржуазные физики кроме жизнеспособного дают и «некоторые мёртвые продукты, кое-какие отбросы, подлежащие отправке в помещение для нечистот» (В. И. Лени и, «.Материализм и эмпириокритицизм», 1936, стр. 235.).

Не подлежит сомнению, что к числу таких «отбросов» принадлежат всевозможные теории конечной в пространстве и времени вселенной.

Не надо, конечно, думать, что все крупные зарубежные учёные являются сторонниками этих антинаучных теорий. Эти теории ведут к таким абсурдам, фантастическим выводам, что даже физик Лодж, сторонник спиритизма, вынужден был сказать, что теория расширяющейся вселенной «вносит хаос в мир физики». А другой английский физик - Дингл в 1937 г. наградил Милна, Эддингтона и им подобных учёных кличкой «предателей науки», причём всю космологическую свистопляску, разыгравшуюся вокруг проблемы «красного смещения» в спектрах галактик, он характеризует как «сочетание паралича разума с интоксикацией воображения».

Действительно, только «предатели науки» могут защищать и развивать крайне нелепую, абсолютно антинаучную теорию расширения. Возможно же это стало лишь в условиях глубоко упадочного настроения буржуазии, загнивания капитализма, приведшего к упадку буржуазной культуры и науки.

В. А. Гурев

Иллюстрации

Млечный путь в созвездии Змееносца