I. Солнце и солнечная система

В настоящее время каждому известно, что Земля, на которой мы живем, входит в состав целой системы планет. В центре этой системы находится звезда — Солнце. Вокруг этой звезды обращаются следующие планеты: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и Плутон (названия приведены в порядке возрастания расстояний от Солнца). Последняя планета, Плутон, наиболее удаленная от Солнца и пока еще наиболее плохо изученная, была открыта в 1930 г. Вокруг большинства планет движутся небольшие небесные тела, называемые спутниками планет. Например, Луна есть спутник Земли. Спутники движутся вокруг своих планет аналогично тому, как сами планеты движутся вокруг Солнца. К большим планетам, которые мы только что перечислили, следует добавить небесные тела, называемые малыми планетами или астероидами. По своим размерам астероиды гораздо меньше Земли. Их число очень велико (в настоящее время известно около 2000). Что касается расстояний астероидов от Солнца, то их, за редким исключением, следовало бы все поместить в приведенном выше списке планет между Марсом и Юпитером. К солнечной системе следует отнести также небесные тела, весьма отличные от планет по своему физическому строению и носящие название комет.

Рис. 1. Вид участка лунной поверхности. Отчетливо заметны цирки или кратеры

С точки зрения космогонии интересны следующие особенности солнечной системы:

1. Все небесные тела солнечной системы — за исключением комет — имеют почти сферическую форму. Согласно имеющимся данным, эти небесные тела не состоят из других химических элементов, отличных от тех, какие имеются у нас на Земле.

2. Центры различных планет остаются все время в неизменных плоскостях, проходящих через центр Солнца. Эти плоскости располагаются весьма близко друг к другу. В целях простоты изложения мы будем в дальнейшем предполагать, что все эти плоскости совпадают с плоскостью, в которой движется центр Земли и которая называется плоскостью эклиптики. Кривые, описываемые центрами планет в этой плоскости, представляют собой эллипсы] однако эти эллипсы очень мало вытянуты и, следовательно, очень мало отличаются от окружностей (исключение составляют эллиптические пути некоторых малых планет). Таким образом, если мы вырежем на доске вдоль ряда концентрических окружностей канавки, поместим в центр этих окружностей шарик, и пустим катиться по нашим канавкам шарики гораздо меньших размеров, то мы получим приблизительное представление о расположении планет в их движении вокруг Солнца. Если мы захотим оживить нашу модель с целью копировать настоящие движения планет, то обнаружится исключительно важный факт: необходимо заставить катиться все шарики, представляющие планеты, в одном и том же направлении вокруг центра. Действительно, все планеты обращаются вокруг Солнца в одном и том же направлении.

3. Каждая планета вращается вокруг оси, проходящей через ее центр. Направления осей вращения планет в общем мало отличаются от направления перпендикуляра к плоскости эклиптики, и, кроме того, все планеты вращаются в одну и ту же сторону (два последних замечания не применимы к Урану). Например, Земля вращается вокруг оси, составляющей угол в 23° с перпендикуляром к плоскости эклиптики и делает полный оборот менее чем за одни солнечные сутки.

Рис. 2. План солнечной системы

Ось вращения Земли проходит через полюсы Земли; если бы наблюдатель, находящийся на северном полюсе, сам не участвовал бы во вращении Земли, то он бы заметил, что Земля поворачивается против часовой стрелки. Это направление собственного вращения, которое является общим почти для всех планет, называется прямым. Именно в прямом направлении обращаются вокруг Солнца планеты. (В нашей модели, описанной выше, следует предположить, что наблюдатель стоит на доске, а планеты и Земля расположены так, что северный полюс Земли виден над столом.) Направление, противоположное прямому, называется обратным; оно совпадает с направлением вращения стрелок часов.

Солнце также обладает собственным вращением в прямом направлении; его ось вращения составляет 5–6° с перпендикуляром к плоскости эклиптики.

4. Движение большинства спутников планет обладает теми же свойствами, которые перечислены выше. Другими словами, центры спутников перемещаются вокруг своих планет почти по окружностям, оставаясь в плоскостях, наклоненных довольно мало к плоскости эклиптики (за исключением спутников Урана). Направление обращения спутников также прямое. Спутники также обладают собственным вращением в прямом направлении. Однако у спутников далеких от Солнца планет мы встречаемся с существенными отклонениями от этих правил.

5. Близкие к Солнцу планеты имеют примерно ту же среднюю плотность, что и Земля. Более далекие планеты (начиная с Юпитера) имеют гораздо меньшую плотность, хотя по массе они гораздо больше Земли.

6. Каждая комета движется в плоскости, проходящем через центр Солнца, однако в отличие от планет плоскости движения комет располагаются как угодно по отношению к плоскости эклиптики.

Траектории комет, как правило, очень вытянуты; встречаются движения как в прямом, так и в обратном направлении. Сопоставляя эти факты со сделанным выше замечанием об отличии комет от планет в отношении физического строения, мы можем сразу предположить, что и условия происхождения комет были также иными.

7. Все небесные тела солнечной системы подчиняются в своем движении трем законам, открытым Кеплером и сведенным к единому принципу — закону всемирного тяготения — Ньютоном.

Размеры солнечной системы

Прежде чем расстаться с солнечной системой, мы приведем некоторые числа, позволяющие составить представление о ее размерах.

Радиус Земли равен 6370 км. Расстояние Луны от Земли составляет 60 земных радиусов, т. е. около 380 000 км. Расстояние Земли от Солнца составляет 23 000 земных радиусов или 150 млн. км. Свет, пробегая 300 000 километров в секунду, затрачивает на путь от Солнца до Земли восемь минут. Поэтому говорят также, что Земля находится на расстоянии восьми световых минут от Солнца.

Расстояние Плутона от Солнца, определяющее внешнюю границу планетной системы (на сегодняшнем уровне наших знаний), в 40 раз больше. Оно составляет примерно шесть миллиардов километров или несколько более пяти световых часов.

По сравнению с этими числами радиус Солнца, составляющий 700 000 км (109 земных радиусов), покажется весьма малым. Юпитер, следующее по своей величине тело солнечной системы, лишь в 11 раз больше, чем Земля.

Если мы захотим, возвращаясь к нашей модели, воспроизвести солнечную систему, сохраняя правильный масштаб расстояний и размеров, то при расстоянии Плутона до Солнца в 60 см Солнце должно представляться маленьким зернышком диаметром в 1/7 миллиметра. Земля же выглядела бы как микроскопическая пылинка размером в сто раз меньше, помещенная на расстоянии полутора сантиметров от Солнца. Глядя на эту модель, можно понять, насколько невелика плотность материи в солнечной системе, которая является, однако, одной из наиболее «занятых» областей вселенной.

 

II. Звезды

Звезды являются небесными телами, подобными нашему Солнцу, однако вследствие их очень большой удаленности от нас они даже в самые мощные телескопы кажутся светящимися точками. При наблюдениях невооруженным глазом можно видеть несколько тысяч звезд, и кажется, что они движутся по небесному своду в обратном направлении вокруг некоторой точки, близкой к Полярной звезде. Однако при этом звезды всегда сохраняют одни и те же положения относительно друг друга, образуя различные созвездия (Большая Медведица, Малая Медведица, созвездия Кассиопеи, Андромеды и т. д.), которые были известны с глубокой древности. Древние народы полагали, что звезды неподвижно прикреплены к хрустальной сфере, которая вращается вокруг оси, проходящей через Землю и Полярную звезду.

Мы знаем теперь, что эта знаменитая хрустальная сфера в действительности не существует и что движутся не звезды, а сама Земля, совершающая полный оборот вокруг своей оси за одни звездные сутки (несколько меньшие, чем обычные наши сутки). Видимое движение звезд представляет собой, следовательно, оптическую иллюзию, обязанную вращению Земли в прямом направлении. В самом деле, всякий знает, что когда он из поезда видит, как соседний поезд движется, то (если он не смотрит на рельсы и не ощущает сотрясений) он не в состоянии решить, движется ли в самом деле этот чужой поезд, или же это движется его поезд в обратном направлении.

Число звезд и расстояния до них

С помощью современных мощных телескопов и фотографирования с большой выдержкой мы можем непосредственно наблюдать более миллиарда звезд. Их имеется, конечно, гораздо больше, и можно вычислить, что Млечный путь, эта светлая полоса, пересекающая все ночное небо, состоит примерно из 100 миллиардов звезд.

В некоторых случаях можно определить довольно точно расстояния звезд от Земли. Эти расстояния для различных звезд весьма отличаются друг от друга, но все они чрезвычайно велики. Самая близкая к нам звезда находится на расстоянии, равном примерно четырем световым годам или 40 триллионам километров. Если бы мы захотели изобразить эту звезду на доске с нашей моделью солнечной системы, то надо было бы поместить эту звезду (при сохранении того же масштаба) на расстоянии около четырех километров от центра. Таким образом, наша планетная система действительно является одной из наиболее «занятых» областей вселенной.

Мы говорили выше, что положения звезд относительно друг друга неизменны. Однако в действительности это совсем не так. Было обнаружено, что звезды слегка перемещаются по отношению друг к другу, хотя в силу большой удаленности звезд их видимые перемещения происходят очень медленно. Были вычислены скорости звезд по отношению к солнечной системе, предполагаемой неподвижной. Полученные для скоростей значения составляют около нескольких десятков километров в секунду (скорость Земли в ее движении вокруг Солнца равна 30 км/сек, т. е. примерно 10 000 км/час). Детальное изучение движений звезд показывает, что звезды движутся не как попало и что их скорости по отношению к Солнцу распределяются не случайным образом.

Точные астрономические наблюдения показывают, что созвездия, близкие к созвездию Лиры, как бы растягиваются во все стороны, а созвездия, находящиеся в диаметрально противоположной стороне неба (например, созвездие Большого Пса), как бы сжимаются. Такие изменения вида созвездий легко объяснить эффектом перспективы, вызванным движением Солнца среди звезд.

В самом деле, путнику, идущему по туннелю, кажется, что то отверстие, через которое он вошел, все более и более уменьшается по мере удаления от него, в то время как выход из туннеля, к которому он приближается, вес более и более увеличивается.

Таким путем установили, что солнечная система в целом перемещается по отношению к соседним звездам со скоростью около 20 км/сек в направлении некоторой точки в созвездии Лиры.

Оказалось также возможным определить движения других звезд по отношению к той же системе близких к Солнцу звезд, рассматриваемых как неподвижные. Эти звезды, как и Солнце, имеют вполне заметные движения.

Но являются ли неподвижными эти «соседние» звезды? Совсем нет. Очень далеко от нас находятся гигантские скопления звезд, называемые спиральными туманностями, о которых мы будем вскоре говорить более подробно… Эти спиральные туманности настолько удалены от нас, что направления на них можно считать почти неизменными. Изучение движений различных звезд Млечного пути и других небесных тел позволило сделать вывод о том, что местное скопление звезд, к которому принадлежит Солнце, перемещается все в целом по отношению к системе спиральных туманностей, рассматриваемых как неподвижные, описывая круговое движение вокруг оси, проходящей через центр Млечного пути.

Таким образом, астрономы постепенно пришли к следующим выводам:

1. Не небесная сфера вращается вокруг оси, проходящей через центр Земли, но сама Земля вращается вокруг этой оси в противоположном направлении.

2. Не Солнце движется вокруг земного шара, но наш земной шар описывает вокруг Солнца эллипс.

3. Само Солнце не остается неподвижным, но перемещается по отношению к соседним звездам.

4. Скопление, образованное этими близкими к Солнцу звездами, в свою очередь не неподвижно, но все в целом обращается вокруг оси, неподвижной по отношению к известным спиральным туманностям.

Ничто не говорит также в пользу того, что эта последняя система, которую мы посчитали неподвижной, будет рассматриваться таковой завтра, так как известные спиральные туманности, если верить некоторым теориям последнего времени, сами удаляются от нас с исключительно большой скоростью, увеличивающейся пропорционально расстоянию туманностей до нас. Несомненно, этот пример лучше, чем какой-либо другой, иллюстрирует необходимость рассматривать проблему покоя и движения с диалектической точки зрения. Идея об абсолютном движении, которая была так дорога нашим предкам, не имеет с астрономической точки зрения никакого смысла.

Невозможно думать о движении, не относя его к некоторой «неподвижной системе», и, наоборот, состояние покоя можно представить, лишь сравнивая его с состоянием движения. Этот факт был уже подчеркнут Энгельсом со свойственной ему отчетливостью в книге «Анти-Дюринг»: «Всякий покой, всякое равновесие только относительны, они имеют смысл только по отношению к той или другой определенной форме движения. Так, например, известное тело может находиться на земле в состоянии механического равновесия, т. е. в механическом смысле — в состоянии покоя, но это не мешает тому, чтобы данное тело принимало участие в движении земли и в движении всей солнечной системы, как это совершенно не мешает его мельчайшим физическим частицам совершать обусловленные его температурой колебания или же атомам его вещества — совершать известный химический процесс. Материя без движения так же немыслима, как и движение без материи».

Однако утверждение об относительности движения не должно привести нас к тому выводу, что выбор системы отсчета диктуется только соображениями «удобства» и что можно в конце концов возвратиться в астрономии к прежней точке зрения, согласно которой Земля неподвижна, а звезды и Солнце вращаются вокруг Земли. Напротив, последовательный переход в астрономии от одной системы отсчета к другой (от Солнца к соседним звездам, а затем к далеким спиральным туманностям) соответствовал углублению наших знаний о вселенной. Выражаясь точнее, можно сказать, что если всякое движение является относительным по своему внешнему проявлению, то оно имеет абсолютный характер в силу своей обусловленности определенным законом природы.

Двойные звезды

Интересные факты, имеющие большое значение, были открыты благодаря детальному изучению движений звезд и свойств света, излучаемого звездами (спектроскопическими методами).

В частности, было обнаружено существование пар близких друг другу и взаимно притягивающихся звезд (так называемых двойных звезд). Некоторые двойные звезды были обнаружены непосредственно при визуальных наблюдениях в телескоп, но гораздо больше — с помощью спектроскопических методов, и Анри Пуанкаре мог уже в 1911 г. в своих «Лекциях о космогонических гипотезах» утверждать, что из каждых трех звезд одна является двойной. Большинство астрономов в настоящее время полагает, что это отношение на самом деле еще больше и, например, в окрестности Солнца достигает двух третей.

Во многих случаях оказалось возможным весьма детально изучить движения звезд, составляющих пару, относительно друг друга. Полученные результаты показали, что закон тяготения, открытый Ньютоном, действует не только в солнечной системе, но и во всей доступной наблюдениям области вселенной.

Заметим также, что наряду с двойными звездами существуют более сложные системы, состоящие из трех, четырех и большего числа звезд и объединенные в единое целое законом тяготения.

Открытие новых планетных систем

Изучение двойных звезд привело к еще более поразительным результатам: были открыты новые планетные системы. Действительно, в 1943 г. сначала Стрэнд, а затем Рейл и Холмберг обнаружили существование двух новых планетных систем: одной в созвездии Лебедя и другой — в созвездии Змееносца. В обоих случаях изучалась система двойной звезды, в которой наблюдаемое движение одной звезды относительно другой испытывало небольшие отклонения от движения, вычисленного в соответствии с законом тяготения. Изучение этих неправильностей в движении звезд показало, что они обусловлены существованием небесных тел сравнительно небольших размеров, обращающихся вокруг одной из звезд каждой пары. В предположении, что имеется не несколько таких тел, а лишь одно, можно было вычислить, какова должна быть масса этого тела, его расстояние от звезды и период обращения вокруг звезды.

Найденные числа сравнимы с теми, которые характеризуют крупнейшие планеты нашей солнечной системы. Следовательно, мы можем предположить, что небесные тела, о которых идет речь, также являются планетами.

Эти исследования были продолжены, и в настоящее время можно предполагать, что в сфере с радиусом в 17 световых лет и центром в Солнце, содержащей всего тридцать восемь звезд, имеется, кроме нашей, три планетные системы. Были открыты также четыре другие планетные системы, находящиеся на более далеком расстоянии от нас. Но следует при этом заметить, что чем далее мы удаляемся от Солнца, тем труднее становится задача обнаружения планетных систем. Поэтому нет никаких оснований полагать, что относительно большая распространенность планетных систем в окрестности Солнца является исключением из общего правила.

Классификация звезд по их различным характеристикам

а) Массы и размеры. Благодаря изучению двойных звезд астрономы смогли определить массы ряда звезд и установить, что эти массы заключены в пределах между одной десятой массы Солнца и пятьюдесятью массами Солнца.

С помощью иных методов были приближенно определены размеры некоторых звезд. Самый большой радиус, а именно у звезды Возничего, оказался в несколько тысяч раз больше радиуса Солнца; это значит, что объем этой звезды в несколько миллиардов раз превышает объем Солнца (объем сферы пропорционален кубу ее радиуса). Радиус самых маленьких звезд оказался меньше радиуса Земли, т. е. меньше сотой доли радиуса Солнца, так что объем этих звезд составляет менее миллионной доли объема Солнца.

Если бы все звезды были по плотности близки к плотности Солнца, то их массы также должны были бы меняться в пределах от одной миллионной доли массы Солнца до нескольких миллиардов масс Солнца. Однако, как мы отметили выше, таких колебаний совсем нет. Масса самых больших по своим размерам звезд превышает массу Солнца не в несколько миллиардов, а всего лишь в десять-двадцать раз. Следовательно, вещество, из которого состоят эти звезды, находится в очень разреженном состоянии. Рассуждая аналогичным образом, мы придем к выводу, что вещество, из которого состоят самые маленькие звезды, должно находиться в очень плотном состоянии.

Таким образом, различают звезды-гиганты, имеющие очень большие размеры, значительную массу, но очень малую плотность, и звезды-карлики, имеющие небольшой радиус, сравнительно малую массу, но очень большую плотность.

Для уточнения этой классификации астрономы различают среди звезд-гигантов так называемые сверхгиганты и «обычные» гиганты, а среди звезд-карликов — так называемые субкарлики, «обычные» карлики и, наконец, белые карлики — наиболее плотные из известных звезд. Изученном последних много занимался американский астроном Койпер. Белый карлик, открытый Койпером в 1934 г., состоит из вещества, плотность которого в 6500 раз больше средней плотности Земли: кубический дециметр такого вещества должен весить около 36 000 тонн, в то время как кубический дециметр вещества Земли весит в среднем около пяти с половиной килограммов. Но Койпер, а также Лейтен открыли белые карлики, плотность которых еще в сотни раз больше.

Заметим, что Солнце относится к «обычным» карликам.

б) Физическое строение и светимость. Благодаря методам спектроскопии астрономы смогли составить довольно точное представление о физическом строении звезд, которое в общем подобно строению Солнца. Помимо этого, оказалось возможным оценивать температуру внешних слоев звезд, т. е. тех слоев, которые излучают свет. Полученные значения температуры колеблются между 1700° для красных звезд, являющихся наиболее холодными, и несколькими десятками тысяч градусов для голубых звезд, являющихся самыми горячими. Различают также промежуточные типы звезд: оранжевые, желтые и белые, расположенные между двумя крайними типами в порядке возрастания их температуры. Заметим, что различие в цвете, по которому классифицируются звезды в астрономии, заметно и при наблюдении невооруженным глазом. Солнце является желтой звездой.

Что касается температуры внутри звезд, то согласно самым последним теориям она достигает многих миллионов градусов. До недавнего времени такие температуры были недостижимы в земных условиях. Только в реакциях, происходящих при взрывах атомных и водородных бомб, развиваются температуры в миллионы градусов.

Зная температуру звезды и количество света, доходящего от нее до нас, легко вычислить общее количество лучистой энергии, излучаемой звездой за определенный промежуток времени. Можно определить таким образом так называемую светимость или абсолютную яркость звезды. Сравнивая светимость различных звезд, например, со светимостью Солнца, можно ввести новую их классификацию. Звезды наибольшей светимости излучают в пространство в сотни тысяч раз больше света, чем Солнце. С другой стороны, имеются также звезды, абсолютная яркость которых в 10 000 раз меньше яркости Солнца.

Рис. 3. Диаграмма Рессела

в) Диаграмма Рессела. Вполне естественными были попытки найти связь между указанными различными характеристиками звезд. В 1912–1913 гг. американский астроном X. Р. Рессел и голландский астроном Герцшпрунг обнаружили связь между цветом звезд, т. е. их поверхностной температурой, и их абсолютной яркостью. Полученные результаты Рессел представил в виде диаграммы, которая была уточнена в ходе многочисленных позднейших работ. На этой диаграмме (рис. 3) по горизонтали нанесены значения температур, убывающие слева направо от 30 000 до 2500°. По вертикали нанесены абсолютные яркости звезд, причем абсолютная яркость Солнца принята за единицу. Каждой звезде соответствует на диаграмме точка, расстояние которой от левого края диаграммы определяется температурой звезды, а от нижнего — абсолютной яркостью звезды.

Таким образом, если у нас имеется диаграмма Рессела, на которой нанесены положения различных звезд, то мы можем узнать, какова температура этих звезд, проводя вертикальные прямые через соответствующие точки на диаграмме и замечая, где пересекаются эти прямые с нижним краем диаграммы. Обратившись к рис. 3, мы видим, например, что Солнце имеет температуру, равную примерно 6000°. Одна же из самых ярких звезд ночного неба — Капелла — имеет температуру около 5000°. Аналогичным образом можно узнать по диаграмме Рессела абсолютную яркость звезд, проводя через соответствующие точки горизонтальные прямые. Как мы уже отмечали, абсолютная яркость Солнца принята за единицу. Капелла имеет абсолютную яркость, превышающую 100 единиц (а именно 130).

Глядя на диаграмму, можно сразу заметить, что точки, представляющие положения звезд на диаграмме, образуют некоторое число линий, соответствующих различным группам звезд. По диагонали таблицы располагается линия, идущая из правого нижнего края к левому верхнему. Верхняя часть этой линии соответствует наиболее ярким белым и голубым звездам; все остальное — классу карликов. Две линии, расположенные правее и выше этой диагонали и идущие более или менее горизонтально, соответствуют классам гигантов и сверхгигантов. Мы видим, что светимость звезд этих двух классов довольно мало зависит от их цвета и температуры. Для звезд же, расположенных па диагонали диаграммы, имеет место вполне отчетливое уменьшение светимости с уменьшением температуры. Тем же свойством обладают и субкарлики.

В левом нижнем углу диаграммы помещаются белые карлики. Долгое время считали, что белые карлики не подчиняются какому-либо определенному закону распределения. Однако в 1946 г. советский астроном П. П. Паренаго обнаружил возможность построить для белых карликов две определенные линии, располагающиеся, за исключением их правого конца, довольно близко к горизонтали.

Согласно статистическим подсчетам Койпера подавляющее большинство (95 %) наблюдаемых звезд может быть представлено точками, расположенными по диагонали диаграммы. Эта совокупность звезд образует так называемую главную последовательность. Следующей наиболее многочисленной группой являются белые карлики (3 %).

Были проведены также исследования связи между массой и светимостью звезд. Эти исследования показали, что, за исключением белых карликов (а также субкарликов), для звезд каждого класса светимость растет одновременно с массой. Эта закономерность особенно отчетливо выражена для звезд главной последовательности. В целях наглядности мы приводим на рис. 3 значения нескольких масс для звезд, принадлежащих главной последовательности и классу гигантов (цифры, обведенные маленькими кружочками, указывают массу звезды по сравнению с массой Солнца, принятой за единицу; например, масса Капеллы составляет 4,2 массы Солнца).

Первые теории эволюции звезд

Весьма специфическое расположение точек, представляющих различные звезды на диаграмме Рессела, очевидно, не является простой случайностью, и астрономы сразу же попытались вывести отсюда законы эволюции звезд.

Сначала предположили, что основная часть звезд рождается в виде голубых гигантов, затем, постепенно охлаждаясь, проходит различные этапы главной последовательности и кончает свой путь в виде угасающих красноватых карликов. Однако ветвь гигантов, открытая в то же время, что и главная последовательность, оставалась вне этой эволюционной схемы. Астроном Локьер предложил поэтому другую схему. Согласно этой схеме звезды рождаются в виде красных гигантов, имея небольшую температуру; затем они начинают сжиматься, и по мере сжатия все более разогреваются и приобретают последовательно все цвета, какие можно наблюдать, например, при раскаливании в горне куска железа. Звезда становится сначала желтой, затем белой и, наконец, голубой, пробегая линию гигантов справа налево. После того как звезда приобретает максимальную температуру (несколько десятков тысяч градусов), она продолжает сжиматься, но при этом уже охлаждается: из голубой она постепенно превращается в красную, проходя все промежуточные стадии и опускаясь вдоль диагонали главной последовательности слева направо.

Локьер основывал свою схему на теории диссоциации, которая, как выяснилось позднее, является ошибочной. В настоящее время решение проблемы звездной эволюции связывается с новыми теориями об источниках энергии излучения звезд. Ниже мы возвратимся к этому вопросу, а сейчас лишь заметим, что, по-видимому, не существует единого пути эволюции для всех звезд.

Новые, сверхновые и переменные звезды

Самую большую услугу современной космогонии призваны оказать две категории звезд: новые и переменные звезды, изменения которых проявляются не в течение исключительно больших по сравнению с человеческой жизнью промежутков времени, а легко наблюдаются на протяжении дней или месяцев.

Новые звезды представляют собой звезды небольшой светимости, которые внезапно как бы «вспыхивают», становятся необычайно яркими, но затем в течение нескольких недель или месяцев их яркость постепенно уменьшается, и звезды приобретают почти прежний вид. Внимательное изучение этого явления показывает, что мы имеем дело с настоящим взрывом на звезде и с выбросом газов со скоростью до 1000 км/сек.

Переменные звезды — это звезды, яркость которых также испытывает заметные изменения, хотя и не такие резкие. У одних звезд изменения яркости носят периодический характер, у других такая периодичность отсутствует (неправильные переменные). Как показали работы советских астрономов Кукаркина и Паренаго, неправильные переменные по своим свойствам несколько похожи на новые. Действительно, можно рассматривать новые звезды как переменные, вспышки которых следуют через неодинаковые интервалы (в среднем через сотни или тысячи лет). Были уже отмечены две последовательные вспышки одной звезды в созвездии Северной Короны в 1866 г. и в 1946 г. При каждом взрыве такая звезда выбрасывает лишь весьма небольшое количество своей массы — примерно одну стотысячную долю. Следовательно, это не изменяет существенно физического состояния звезды. Добавим также, что новые звезды образуют специфическую группу, так что не всякая звезда может стать новой.

Но наряду с новыми звездами существуют звезды, встречающиеся гораздо реже и теряющие при взрыве до одной десятой массы самой звезды. Их абсолютная яркость в несколько дней может настолько вырасти, что она превысит абсолютную яркость Солнца в несколько сот миллионов раз. Это — так называемые сверхновые звезды.

 

III. Звездные системы и туманности

На ночном небе можно наблюдать простым глазом некоторое количество объектов, имеющих вид светлых пятнышек с размытыми краями. Благодаря использованию телескопов и особенно спектроскопических методов наблюдений, о которых мы выше говорили, эти объекты удалось разделить на две категории, резко отличающиеся друг от друга:

1. Звездные системы, которые образованы совокупностью сравнительно близких друг к другу звезд.

2. Туманности в собственном смысле этого слова, представляющие собой нечто вроде гигантских газовых облаков весьма малой плотности; их называют также диффузными туманностями.

Звездные системы

а) Млечный путь. Наиболее известной и имеющей для нас наибольшее значение звездной системой является Млечный путь. Первоначально это название относилось лишь к широкой светлой полосе, которая, как можно видеть в ясную ночь, пересекает все небо от одного до другого края горизонта. Если бы мы могли заглянуть за горизонт, то увидели бы, что эта полоса продолжается далее и образует нечто вроде пояса, делящего все нёбо вокруг Земли на две половины.

Исследование астрономами этого «пояса» показало, что он состоит из очень большого числа звезд. Звезды этого «пояса», а также все звезды, которые видны на небе (за исключением тех, которые принадлежат к так называемым спиральным туманностям — о них мы будем говорить ниже), собраны в единую систему, напоминающую по своей форме двояковыпуклую линзу или гигантскую лепешку, слегка вздутую в центре. Наше Солнце находится внутри этой «звездной лепешки», которую и называют Млечным путем или Галактикой (в научной литературе употребляется обычно последнее название). Солнце находится не в центре Галактики, но располагается примерно в той же плоскости, что и большинство звезд. Если наблюдатель, находясь на Земле, смотрит вдоль этой плоскости, где сосредоточена основная масса звезд, то его луч зрения должен встретить большое количество звезд.

Напротив, в перпендикулярном направлении луч зрения пройдет через сравнительно очень тонкий слой Галактики, и наблюдатель увидит мало звезд.

Этим и объясняется вид Галактики с нашей Земли. Если мы смотрим вдоль экваториальной плоскости Галактики, то видим большую светящуюся дугу, которая, собственно, и получила первоначально название «Млечного пути». В направлении же, перпендикулярном к плоскости Галактики, мы видим лишь отдельные, изолированные друг от друга звезды.

Размеры Галактики колоссальны, хотя надо сказать, что имеющиеся оценки ее размеров довольно сильно колеблются. Не так давно считалось, что свет пересекает Галактику от одного ее края до другого в ее наиболее широкой части за 250 000 лет, а наибольшая толщина Галактики составляет 30 000 световых лет. В настоящее время астрономы стали уже более «скромными» и считают, что первое число следует уменьшить по крайней мере в два раза. Правда, при выводе новой оценки не учитывались некоторые очень удаленные изолированные звездные скопления, относящиеся, однако, к Млечному пути. Более точно известно расстояние Солнца до центра Галактики; оно равно примерно 25 000 световых лет.

Чтобы изобразить Галактику на модели, которую мы рассматривали выше и в которой 1 км соответствует примерно одному световому году, надо было бы «соорудить» звездную лепешку диаметром более чем 100 000 км. В ней поместилось бы около пяти тысяч наших земных шаров, а ведь Солнце все равно изображалось бы в виде пылинки диаметром в одну седьмую миллиметра!

Количество всех звезд, принадлежащих Галактике, оценено примерно в сто миллиардов. Следует, однако, сказать, что это число дает лишь порядок величины и нельзя ручаться за его точность в пределах одного миллиарда или даже десяти миллиардов. Это есть лишь наиболее вероятный результат, полученный при различных оценках. Но, во всяком случае, мы можем быть уверены, что количество звезд в Млечном пути измеряется именно миллиардами, а не миллионами или триллионами.

б) Другие галактики. Среди крупных звездных скоплений были обнаружены так называемые спиральные туманности. Они состоят из очень яркого и плотного центрального ядра, от которого отходят, закручиваясь по спирали в одном и том же направлении, два светящихся рукава. Спиральные туманности представляют собой звездные системы, напоминающие по своей форме, как и Млечный Путь, двояковыпуклую линзу. Спиральные туманности исключительно многочисленны. Согласно имеющимся оценкам мы можем наблюдать сейчас в наиболее мощные телескопы около ста миллионов таких звездных систем. Все они находятся вне нашей Галактики и отделены от нее пространством, лишенным звезд, где плотность вещества исключительно мала; становится понятным поэтому название «острова вселенной», которое присвоил спиральным туманностям Гершель. Наиболее близкая к нам спиральная туманность находится на расстоянии 1 700 000 световых лет. В нашей модели это расстояние соответствовало бы 1 700 000 километров, т. е. величине, превышающей почти в пять раз истинное расстояние Луны от Земли.

Наиболее далекие из известных нам спиральных туманностей находятся на расстоянии многих сотен миллионов световых лет. Согласно самым последним оценкам некоторые расстояния достигают миллиарда световых лет.

Долгое время считалось, что эти звездные системы гораздо меньше по своим размерам, чем наша Галактика. Но как выяснилось около десяти лет Назад, астрономы допускали двойную ошибку. С одной стороны, они преувеличивали размеры нашей Галактики; с другой стороны, как показали точные измерения, спиральным туманностям приписывались размеры в два и даже три раза меньшие тех, которые они имеют на самом деле. В настоящее время мы можем утверждать, что размеры Млечного Пути сравнимы с размерами самых больших спиральных туманностей.

Аналогия между Млечным Путем и спиральными туманностями подтверждается рядом других факторов. Например, в спиральных туманностях наблюдаются такие же появления «новых» звезд, как и в нашей Галактике. Все астрономы в настоящее время считают, что наша Галактика представляет собой лишь одну из спиральных туманностей. Если предположить, что каждая из ста миллионов спиральных туманностей, доступных наблюдениям, содержит также многие миллиарды звезд, то общее число звезд в той части вселенной, которую мы можем исследовать, должно оцениваться многими сотнями миллионов миллиардов.

Следует заметить, что спиральные туманности обладают собственным вращением, хотя и очень медленным. На их полный оборот уходит очень много времени — сотни миллионов лет. Однако вследствие больших размеров спиральных туманностей скорости областей, достаточно удаленных от центра, весьма значительны: они могут достигать сотен километров в секунду. Между прочим, это относится и к тому местному скоплению звезд, к которому принадлежит наше Солнце.

Рис. 4. Малое Магелланово облако, представляющее собой галактику неправильной формы. Наблюдается в южном полушарии

Необходимо также отметить, что наряду со скоплениями, имеющими вид спиральных туманностей, существуют другие скопления, также богатые звездами и имеющие разнообразные формы. Встречаются сферические и эллиптические скопления, лишенные спиральных рукавов; встречаются скопления, имеющие совсем неправильные контуры, как, например, так называемые Магеллановы облака, находящиеся на расстоянии 160 000 световых лет от Солнца.

Все эти небесные объекты — как спиральные туманности, так и другие скопления, содержащие миллиарды звезд каждое, — носят общее название галактик.

При изучении распределения галактик в пространстве можно заметить, что они располагаются далеко не равномерно. Некоторые галактики являются изолированными, но большинство их образует группы. Местное скопление галактик, к которому принадлежит наш Млечный путь, насчитывает 19 галактик; его размеры (в наиболее широкой части) оцениваются в два миллиона световых лет. Среди этих 19 галактик три принадлежат к спиральным туманностям, причем одна из них превышает по своим размерам нашу Галактику. Другие члены этого местного скопления имеют меньшие размеры и принадлежат к сферическим, эллиптическим или к галактикам неправильной формы.

Разумеется, ставился вопрос о том, не являются ли группировки галактик в свою очередь элементами гораздо более обширной группы, т. е. «скопления скоплений», которому можно дать название Метагалактики.

Если бы это имело место, то при исследовании небесных глубин все более и более мощными телескопами пришлось бы констатировать, что, начиная с некоторого расстояния, число наблюдаемых галактик определенно уменьшается и даже стремится к нулю.

Наблюдения Хаббла и Шепли показали, что галактики не распределены равномерно в пространстве: по одну сторону от экваториальной плоскости Млечного пути их гораздо больше, чем по другую сторону. Можно, очевидно, предположить, что речь идет о нерегулярности местного характера: наиболее близкие скопления галактик в одной области более богаты галактиками, чем в другой. Если бы, однако, позднейшие наблюдения подтвердили существование этой асимметрии на более далеких расстояниях и показали, что она увеличивается, то можно было бы истолковать этот результат таким образом, что в том направлении, где галактики становятся все менее я менее многочисленными, мы приближаемся к границе гигантской группировки скоплений галактик. Тогда Метагалактика стала бы реальностью. Но, несомненно, пройдет еще очень много времени, прежде чем мы сможем с уверенностью сказать о существовании Метагалактики и вычислить ее размеры; еще больше времени понадобится для открытия других метагалактик, которые могут населять бесконечное пространство.

в) Типы звездного населения Бааде. Мы уже видели, что галактики можно прежде всего классифицировать по форме. Имели место также исследования с целью определить, в какой пропорции распределяется в различных галактиках распыленная материя и звезды. В течение долгого времени полагали, что в галактиках со спиральными рукавами гораздо больше звезд, чем распыленной материи, а сферические или эллипсоидальные галактики, наоборот, состоят в основном из рассеянной газо-пылевой материи. Но в 1945 г. американскому астроному Бааде удалось установить, что эллиптические галактики также состоят из звезд, причем в них не наблюдается никаких следов распыленной материи.

Продолжая развивать свои исследования, Бааде пришел к разделению всех звезд, входящих в состав галактик, на два типа: а) звезды типа II, из которых целиком образованы сферические или эллиптические галактики и шаровые скопления; они встречаются также в ядрах спиральных галактик; б) звезды типа I, которые обнаруживаются лишь в спиральных рукавах галактик; звезды этого типа никогда не встречаются отдельно, но всегда перемешаны со звездами, принадлежащими к типу II.

Уточняя это деление, отметим, что среди звезд типа II, наиболее многочисленных во вселенной, не встречаются голубые пли белые сверхгиганты очень большой светимости. Системы, состоящие из звезд этого типа, лишены также распыленной материи. Самыми большими звездами этого типа являются красные гиганты. Напротив, белые и голубые сверхгиганты, а также звезды главной последовательности, принадлежат к звездам типа I. В тех областях, где имеются звезды этого типа, присутствует также распыленная материя.

Ниже мы увидим, что эта классификация представляет большой интерес с точки зрения воссоздания эволюции галактик, так как продолжительность жизни звезд типа I гораздо меньше, чем звезд типа II.

Следует, однако, указать, что такое разделение звезд лишь на два типа рассматривается некоторыми астрономами (в частности, советскими) как слишком схематичное.

г) Звездные скопления (входящие в состав Галактики). Скопления звезд можно наблюдать также внутри нашей Галактики и в ее «окрестностях». Одни скопления имеют почти сферическую форму; это — так называемые шаровые звездные скопления. Их насчитывают в Галактике около сотни, и каждое шаровое скопление содержит несколько десятков тысяч звезд, причем в центральной части скопления звезды расположены гораздо теснее, чем в окрестностях Солнца. Другие скопления содержат гораздо меньше звезд и имеют неправильную форму; это так называемые рассеянные звездные скопления.

В центральных областях Галактики шаровых скоплений нет. Ближайшее скопление удалено на 18 000 световых лет от центра. Наиболее удаленное от центра шаровое скопление находится почти в десять раз дальше. Некоторые астрономы полагаю, что под воздействием притяжения центральных областей, наиболее богатых звездами, шаровые скопления, находящиеся вне этих областей, могли когда-то приблизиться к центру Галактики, а затем распасться и превратиться в рассеянные скопления (которые гораздо менее удалены от центра).

Туманности в собственном смысле этого слова

В настоящее время мы имеем данные о сравнительно небольшом числе (нескольких сотнях) таких туманностей; большинство их принадлежит нашей Галактике.

Их можно разбить на две категории:

а) Планетарные туманности, названные так потому, что при наблюдении в небольшой телескоп они имеют подобно планетам вид светящихся дисков, в центре которых находится звезда.

Рис. 5. Планетарная туманность в созвездии Лиры

б) Диффузные туманности, т. е. туманности, не имеющие определенной формы. По своим размерам эти туманности больше планетарных; некоторые из них светятся, другие же являются темными. Последние были обнаружены благодаря тому, что они образуют на фотографиях некоторых участков звездного неба ясно очерченные темные пятна. Темные туманности располагаются вблизи плоскости Галактики и образуют на небе как бы пояс, проходящий вдоль светлой полосы Млечного пути. Присутствие аналогичного темного «пояса» обнаруживается и при наблюдениях других галактик. Возможно, что здесь речь идет об остатках вещества, из которого формировались звезды. Но возможно также, что материалом для образования некоторых диффузных туманностей послужило вещество, извергаемое в пространство некоторыми неустойчивыми звездами, в частности сверхновыми, в момент их взрывов.

Рис. 6. Газовая туманность М8 в созвездии Стрельца

Все диффузные туманности имеют низкую температуру и должны быть, вообще говоря, темными. Если среди них все же имеются светящиеся, то это либо вследствие того, что они попросту отражают свет других звезд, либо вследствие «возбуждения» атомов составляющего их газа излучением какой-либо соседней очень горячей звезды.

Интересно отметить тот факт, что вопреки мнению, существовавшему несколько лет назад, спектроскопические исследования не обнаружили в туманностях присутствие каких-либо химических элементов, не имеющихся на Земле. Знаменитый «небулий» не существует.

 

IV. Возраст небесных тел

Данные о «возрасте» небесных тел являются с космогонической точки зрения такими же важными, как и астрономические данные в собственном смысле этого слова.

Проблема о «возрасте» может показаться совершенно отличной от тех, которые мы только что рассматривали, поскольку она относится к времени, а мы до сих пор как будто занимались только пространством. Но в действительности различие не является очень большим. В предыдущих параграфах мы видели, как астрономы смогли постепенно распространить законы, открытые на Земле, на все пространство, куда достигает наш глаз, вооруженный совершенными телескопами. С помощью этих законов ученые могут вполне удовлетворительно объяснять процессы, происходящие в различных звездах и даже в наиболее далеких спиральных туманностях.

Правда, астрономы наблюдают небесные тела, от которых свет идет до нас тысячи и миллионы лет. Следовательно, явления, которые изучаются в этих звездах, происходят не сейчас, но происходили ровно столько лет назад, сколько необходимо для того, чтобы луч света, который нам про это рассказывает, — прошел путь от небесного светила до нас (так же, как письмо, присланное например, из Москвы, приносит нам в Париже не свежие известия, но с опозданием на несколько дней). Таким образом, к явлениям, происходившим тысячи и миллионы лет назад, можно с успехом применять законы, имеющие место сегодня на нашей планете и сведения о которых приобретены на основании опыта в течение только двух-трех веков.

Ученые, желая вычислить возраст небесных тел, исходят из фактов, наблюдаемых в настоящее время, и стараются объяснить эти факты на основании предполагаемой эволюции мира, сообразуясь с известными им законами природы. Несомненно, что применение подобного метода не может пройти без некоторых затруднений, тем более, что рассматриваемые промежутки времени здесь в тысячи раз больше. Наши знания о законах природы есть и всегда будут лишь приближением к действительности, и ничто не говорит о том, что все законы, справедливые сегодня, могут быть применены без всяких изменений к эпохам, удаленным от нашей на миллиарды лет. Тем не менее имеет место тот замечательный факт, что различные ученые, используя целиком отличные друг от друга методы, пришли к согласующимся результатам, касающимся возраста Земли. Что касается возраста звезд, то в этом вопросе еще не достигнута такая же ясность, но тем не менее получены очень важные результаты.

Возраст Земли

Первые методы, к которым прибегали при определении возраста Земли, были «геологическими». Именно геология первая показала, что земная кора не имела один и тот же самый вид в течение всех веков, но непрерывно изменялась и претерпевала гигантские катастрофы — поднятия и оседания.

Проблема состояла в том, чтобы определить, сколько времени понадобилось для формирования земной коры (в том виде, в каком она находится сейчас). Это время и называют «возрастом Земли».

Первые способы вычисления возраста Земли опирались на законы геологии. Было, например, замечено, что соль, содержащаяся в морской воде, принесена в море реками, которые растворяют на своем пути грунтовые соли. Зная, с одной стороны, количество соли, приносимой различными реками, и колебания этого количества в течение геологических периодов и, с другой стороны, полное количество соли, содержащейся в настоящий момент в океанах, можно легко получить представление о времени, необходимом для накопления этого количества соли в океанах.

Удалось определить также толщину различных слоев грунта, постепенно отлагавшихся в результате речных наносов па дне бывших морей. В то же время другие исследования позволили вычислить скорость роста этих отложений. Простое деление дало после этого число лет, необходимых для их образования.

Эти различные геологические методы привели к заключению, что возраст Земли должен измеряться по меньшей мере сотнями миллионов лет.

Позднее для определения возраста Земли стали применять методы, основанные на изучении распада радиоактивных элементов, имеющего исключительно регулярный характер. Например, в результате радиоактивного распада уран постепенно превращается в свинец, причем при этом процессе выделяется некоторое количество гелия (газа, служащего для наполнения дирижаблей). По соотношению между количествами урана и свинца, содержащихся в некоторых горных породах, можно определить возраст этих пород. С помощью подобных методов оценивают не только возраст Земли, но и продолжительность формирования отдельных пластов земной коры.

Анализируя совокупность результатов, полученных указанным методом, английский ученый Холмс определил, что наиболее вероятный возраст земной коры составляет 3 миллиарда 300 миллионов лет. Само собой разумеется, что не следует создавать иллюзий относительно точности этого числа; во всяком случае, ошибка в несколько сотен миллионов лет вполне допустима. Можно только утверждать, что все оценки, заслуживающие внимания, которые получены в настоящее время, заключены между 3 и 5 миллиардами лет.

Добавим, что эти результаты полностью удовлетворяют биологов. Действительно, по мнению последних, эволюция живой материи длилась примерно в течение 500 миллионов лет.

Возраст звезд

а) Длинная и короткая шкалы времени. Проблема определения возраста звезд возбудила гораздо более горячие дискуссии. Именно в связи с этой проблемой столкнулись между собой сторонники длинной шкалы времени (которые оценивают продолжительность эволюции небесных тел триллионами лет) и сторонники короткой шкалы (ведущие счет миллиардами лет).

Несмотря на то, что сторонники короткой шкалы одержали некоторый перевес (например, при оценке возраста наиболее ярких звезд Галактики), их победу нельзя считать полной, и поэтому необходимо осветить некоторые детали этого конфликта, упомянув сначала о методах, используемых для оценки искомых промежутков времени. Эти методы двух видов: одни оценивают время внутренних физических изменений, которые приводят к изменениям звезд, и пытаются определить продолжительность «жизни» звезд; другие ставят себе задачу вычислить время, которое понадобилось для установления в звездных системах (скоплениях звезд, двойных звездах) характеристик их нынешнего состояния в результате взаимного притяжения звезд.

б) Источники лучистой энергии звезд. Теория Бете. Когда говорят о «жизни» звезды, то подразумевают продолжительность такого состояния звезды, в течение которого она обнаруживает свое присутствие благодаря световому и тепловому излучению. Следовательно, проблема возможной длительности жизни звезды тесно связана с проблемой источников излучаемой ею энергии. Эта энергия исключительно велика. Например, каждый квадратный сантиметр поверхности Солнца излучает непрерывно энергию, достаточную для того, чтобы заставить работать двигатель мощностью восемь лошадиных сил.

Сначала хотели объяснить выделение энергии Солнца обыкновенным горением, затем постепенным сжатием Солнца под влиянием сил тяготения. Но эти гипотезы приводили к слишком малому возрасту Солнца: в соответствии с первой гипотезой он оценивался в тысячи лет, в соответствии со второй — в миллионы лет.

Теория, принятая в настоящее время всеми учеными, опирается на один из фундаментальных результатов теории относительности, открытый в 1905 г. одновременно Эйнштейном и Ланжевеном: «масса тела в состоянии покоя представляет собой не что иное, как меру внутренней энергии этого тела». Другими словами, вещество (материя в корпускулярном состоянии) может частично или даже полностью «исчезнуть» (т. е. перейти в другую форму существования — в излучение), причем это явление сопровождается выделением энергии.

Эта гипотеза была предложена впервые французским физиком Жаном Перреном в 1919 г., который имел в виду значительное выделение энергии в процессе превращения водорода в гелий. Она была подхвачена и доведена до самых крайних следствий («полное уничтожение» материи в результате превращения ее в энергию) различными учеными, в частности, английским астрономом Джинсом.

Энергия, выделяющаяся благодаря таким процессам, колоссальна. При полном превращении вещества угля в излучение можно получить в три миллиарда раз больше энергии, чем при обычном его горении, и Джинс вполне справедливо говорил, что небольшого кусочка каменного угля величиной в горошину достаточно для путешествия на самом большом океанском пароходе из Европы в Америку и обратно.

Заметим для сравнения, что при распаде урана, который имеет место в обычной атомной бомбе и который соответствует лишь частичному превращению вещества в излучение, освобождается в два с половиной миллиона раз больше энергии, чем при сгорании такого же количества угля. Что касается превращения водорода в гелий, который имеет место в водородной бомбе, то при этом освобождается в 10 миллионов раз больше энергии, чем при сгорании такого же количества угля.

Некоторые виды превращения вещества (материи в корпускулярной форме) в излучение, которые до недавнего времени мы никогда не наблюдали на Земле, происходят внутри звезд, где царят температуры порядка миллионов градусов.

В предположении, что в звезде произойдет превращение всего количества вещества, из которого она состоит, можно подсчитать, что выделяющаяся при этом энергия может поддерживать ее излучение, т. е. звезде есть на что «жить», в течение триллионов лет. Например, Солнце при этом предположении может жить еще 10 триллионов лет, и если оно «родилось» в виде красного гиганта обычных размеров, то это «рождение» произошло около восьми триллионов лет назад.

Сторонники длинной шкалы времени, как например, Джинс, поддерживали гипотезу полного распада вещества, которая приводит к промежуткам времени, укладывающимся в их космогонические гипотезы. В то же время сторонники короткой шкалы, считавшие на основании различных соображений, что эти промежутки времени слишком велики, придерживались точки зрения Жана Перрена.

Казалось, что решить этот спорный вопрос будет трудным делом, но незадолго до войны 1939 г. успехи атомной химии, в частности, открытия Фредерика и Ирен Жолио-Кюри, пролили некоторый свет на эту проблему. Создание циклотрона, с помощью которого можно было подвергать вещество действию значительных электрических и магнитных полей, позволило частично реализовать в лабораториях условия, аналогичные тем, которые существуют внутри звезд. Действительно, в этих приборах можно было разгонять заряженные частицы до таких скоростей, что они приобретали энергию, сравнимую с той, которую они (в среднем) имеют, находясь в центре такой звезды, как Солнце при температуре в миллионы градусов.

Благодаря этому исключительно могущественному средству, ученые могли создать теорию превращений вещества внутри звезд; она была разработана американским астрофизиком Бете.

Существенным агентом этих превращений является водород. Окончательным результатом совокупности этих ядерных реакций является превращение четырех ядер водорода в одно ядро гелия.

Что касается продолжительности этих процессов, то превращение водорода в гелий, соответствующее потере только 1/14 доли массы (преобразованной в излучение), занимает гораздо меньший промежуток времени, чем то, которые получаются в гипотезах, исходящих из предположения о полном превращении вещества в излучение. Согласно новой точке зрения наблюдаемые нами звезды начали излучать свет лишь несколько миллиардов лет назад.

Некоторые звезды — белые и голубые гиганты, масса которых достигает двадцати масс Солнца, — излучают настолько интенсивно, что не могут существовать в таком состоянии более нескольких десятков миллионов лет, так что они, вероятно, прошли пока не слишком длинный «жизненный путь».

Следовало бы теперь показать, как можно с помощью теории Бете истолковать диаграмму Рессела. Мы возвратимся к этому вопросу несколько позднее, когда будем излагать новейшие космогонические теории. Заметим, однако, уже сейчас, что если ядерные реакции, предложенные Бете, позволяют хорошо объяснить наблюдаемые факты относительно звезд главной последовательности, то в отношении гигантов оказывается необходимым предположить существование иных ядерных превращений, далеко еще не вполне установленных. Что касается белых карликов, то лишь в 1946 г. французский астроном Шацман смог уточнить наше представление о процессах, происходящих внутри этих звезд.

Возраст Галактики

Среди различных методов оценки возраста звезд, входящих в состав нашей Галактики, использовались также статистические методы. В этом случае учитывалось влияние на двойные звезды притяжения соседних звезд, производимое в среднем за очень большие промежутки времени. Можно, например, зная теперешнее расстояние между звездами пары, приближенно оценить промежуток времени, протекший после образования звезд пары, если, конечно, предположить, что обе звезды пары имеют общее происхождение (как это и считается в настоящее время) и если знать достаточно точно средние значения расстояний масс и скоростей соседних звезд. Можно также оценить время, необходимое для того, чтобы некоторые шаровые скопления, имеющие небольшую плотность, рассеялись вследствие притяжения проходящих вблизи звезд.

Эти вычисления достаточно деликатны и здесь легко сделать ошибки. Например, Джинс, изучая некоторые пары звезд, пришел к выводу, что возраст этих пар должен составлять несколько триллионов лет. В этом он находил подтверждение своим взглядам о длинной шкале времени. Однако в действительности, как доказал несколькими годами спустя В. А. Амбарцумян, возраст этих пар не превосходит нескольких миллиардов лет.

Как правило, самые последние вычисления как в отношении двойных звезд, так и в отношении шаровых скоплений, приводят к оценкам, выражающимся миллиардами лет. Но нельзя еще отсюда вполне определенно заключать, что именно таким должен быть фактический возраст нашей Галактики. Этот вывод был бы справедлив лишь в том случае, если бы все пары звезд, все шаровые скопления, которые нам известны, сформировались одновременно с нашей Галактикой. Недавние работы Амбарцумяна, напротив, показали, что происходит непрерывное формирование новых звезд в Млечном пути. Поэтому ничто не мешает предположить, что наряду с двойными звездами и шаровыми скоплениями, которые нам сейчас известны, существовали также другие пары и другие шаровые скопления, полностью в настоящее время рассеявшиеся и превратившиеся в одиночные звезды. Следовательно, можно лишь утверждать, что действительный возраст Млечного пути не меньше нескольких миллиардов лет.

Предварительные соображения об эволюции галактик

Можно ли идти дальше и пытаться оценить время полной эволюции какой-либо галактики так же, как мы определяли продолжительность всей «жизни» звезды? Разумеется, такая проблема является гораздо более сложной. Однако при сравнении различных известных типов галактик можно все же получить некоторые интересные данные (рис. 7). Действительно, уже простое сопоставление форм галактик заставляет подозревать, что мы имеем здесь дело с различными этапами эволюции. Правда, сейчас же возникает вопрос, в каком направлении идет эта эволюция: от сферических к спиральным туманностям или наоборот.

Рис. 7. Эволюция спиральной туманности по Хабблу. (Наблюдатель находится в экваториальной плоскости). Более темные участки на фигурах IV и V соответствуют областям, где имеется темная материя

Сначала была принята первая гипотеза, высказанная Хабблом, и соответствующая, грубо говоря, эволюции жидкой быстро вращающейся массы (сплющивание, а затем выброс материи по направлению касательной). Но наблюдения показали, что, с одной стороны, эллиптические туманности имеют размеры того же порядка, как и спиральные туманности, а с другой стороны (работы Бааде 1943 г.), они «перенаселены» звездами, но лишены каких бы то ни было следов рассеянной материи. Поэтому большинство ученых склонно считать, что галактики развиваются в противоположном направлении, т. е. их эволюция начинается с галактики неправильной формы и заканчивается гигантским шаровым скоплением. В этой схеме спиральная форма галактики является лишь промежуточным этапом, довольно близким к началу эволюционного пути и, следовательно, вопреки тому, что думали ранее, наша Галактика должна быть относительно «молодой».

Рис. 8. Вид спиральной туманности с образовавшимися рукавами. (Наблюдатель находится на оси вращения туманности)

Что касается оценок полной продолжительности жизни одной галактики, то они еще весьма ненадежны, но не ниже десятков миллиардов лет. Наконец, распределение галактик в скоплениях указывает, по мнению некоторых астрономов (например, Цвикки), что возраст скоплений галактик составляет десятки триллионов лет.

Таким образом, вопреки преждевременным заключениям некоторых сторонников короткой шкалы, вполне определенно вырисовывается следующая идея: в астрономии нет единственной шкалы времени, а имеется много шкал. Возраст планет солнечной системы отличается от продолжительности жизни большинства звезд Млечного Пути, а последняя не может, по-видимому, оцениваться такой же величиной, что и возраст больших скоплений галактик.

 

I. Космогония первобытных народов

Первые космогонические идеи были крайне наивны. Мы можем составить о них представление на основании мифов народов древности или устных преданий народов, населяющих некоторые области земного шара (Новая Зеландия, экваториальная и тропическая Африка и т. д.), развитие которых остановилось или задержалось вследствие различных причин; образ жизни этих народов, их орудия труда, оружие, жилища подобны тем, какие были и у наших доисторических предков, о которых нам рассказывают археологические раскопки.

Во всех космогонических рассказах древних присутствуют сверхъестественные силы, совершающие обычные и вполне понятные действия. Это очень простые наивные объяснения, лишенные всякой мистики и даваемые человеком, окруженным могущественными силами природы, в руках которых он является игрушкой и которые он пытался понять, предполагая наличие ему подобных существ, но гораздо более могущественных, чем он сам.

Первобытному человеку мир чаще всего представлялся как результат рождения, происходившего в гигантских масштабах. При этом встречаются два основных способа размножения: живорождение (как у людей и млекопитающих) или же появление из яйца.

Согласно Гезиоду, греческому поэту IX в. до н. э., вдохновлявшемуся мифологией того времени, Земля соединилась последовательно с хаосом и с небом, и в результате этого родились все боги и вся вселенная.

Некоторые племена Новой Зеландии думали, что все породил бог морей; он был сначала заключен в яйце, затем разбил скорлупу, и острова в океане представляют собой отдельные кусочки этой скорлупы.

Другие мифы непосредственно напоминают о примитивной технике, с помощью которой человек добывал себе пищу. Например, канаки — жители Маркизских островов рассказывают, что вначале существовало только море, и на нем бог «Тики плавал на пироге и для того, чтобы развлечься, удил рыбу. Однажды, вытравив лесу больше, чем обычно, он почувствовал, что кто-то схватил приманку. Приложив усилие, он вытащил на поверхность воды материк. Такая ловля богу Тики поправилась, и он стал удить в других местах и последовательно выудил все острова, известные туземцам».

От политеизма к монотеизму

Для всех этих космогонических представлений характерно предположение о том, что перед возникновением вселенной уже «что-то» существовало: море и бог или хаос, небо и Земля. С другой стороны, вмешательство сознательного сверхъестественного существа играет довольно незначительную роль (хороший пример — сотворение земли богом Тики). Идея единственного бога, творящего всю вселенную сознательно, по определенному плану, появляется лишь тогда, когда народы становятся уже более развитыми в экономическом и социальном отношении. Хотя сверхъестественный мир, создаваемый воображением людей, и не отражал непосредственно их социальные взаимоотношения, но он находился под весьма значительным их влиянием, правда, часто с большим запозданием. Например, небо в воображении какого-нибудь католика, где помещается всевышний бог, святые и блаженные, иерархическая лестница служителей с вполне разграниченными функциями, легионы ангелов под командованием офицеров-архангелов, представляет хотя и немного отдаленное, но все же ясное подобие организации Римской империи, которую в значительной мере копировала католическая церковь. История религии показывает нам также, что замена первых небольших социальных группировок более значительными государствами с централизованными правительствами привела к принижению роли местных божеств, постепенно или совсем исчезнувших или, по крайней мере, начавших играть второстепенную роль, и к их замене государственными богами, уже не столь многочисленными, но гораздо более могущественными. Изменения социального строя как бы ускоряли обычный «процесс отвлечения», о котором говорит Энгельс в своем «Людвиге Фейербахе», в ходе которого в головах людей«…возникло, наконец, из многих более или менее ограниченных и ограничивающих друг друга богов представление о едином, исключительном боге монотеистических религий».

Несомненно, можно иногда наблюдать развитие этого процесса также и в небольших нецентрализованных государствах. Например, в Греции монотеистические (и даже атеистические) системы увидели свет гораздо ранее эпохи Александра и создания греческой империи. Однако, помимо причин этого развития, о которых мы будем говорить более детально ниже (большой экономический и культурный подъем, жестокая борьба классов, влияние идеологии соседних народов и т. д.), не следует забывать о необходимости преодолевать местный сепаратизм, а следовательно, и древние религии, связанные с ним. Перед такой необходимостью были поставлены купцы и судовладельцы различных городов.

По-видимому, можно утверждать, что в средиземноморских странах и Малой Азии первые монотеистические тенденции и первые попытки объяснить происхождение мира путем вмешательства разумной и сознательной силы появились еще за много тысяч лет до нашей эры, вместе с возникновением обширных империй Египта и Вавилона.

Переход от наиболее древней политеистической космогонии к монотеистической космогонии в общем происходил медленно. Один из многочисленных богов, которые согласно первым примитивным представлениям принимали участие в творении мира и обладали равными правами, начинает постепенно играть главенствующую роль. В сказаниях североамериканских индейцев племени Пауни, которые мы приводим здесь из-за их наивной поэзии и любопытного совпадения с библией, мы встречаемся с типичным примером космогонических представлений той промежуточной стадии, когда многочисленные боги подчиняются одному богу. Эти взгляды соответствуют, по-видимому, периоду политического объединения, которое занимало более или менее значительное место в истории североамериканских племен перед завоеванием их европейцами. По этим сказаниям«…Бог Тирава сотворил сначала вселенную богов. Сотворив духов по своему подобию, он предназначил им место на горизонте, в соответствии с направлениями на юг, север, восток и запад. Четыре из них продолжают быть опорой неба. Тогда он вызвал к западу „яркую звезду“ (планету Венеру, — Авт.), объявив ей, что он пошлет четырех богов: Ветер, Молнию, Гром и Бурю, чтобы они поселились около „Сада“, и продолжали дальнейшее творение согласно его распоряжениям.

Когда Тирава захотел сделать Землю, он вызвал Яркую Звезду к западу. Она собрала облака и расстелила их в пространстве. Бог бросил туда булыжник. Облака при ударе растаяли, и там образовалась вода. Четыре бога, ударяя своими дубинками, разделили ее. И образовалась Земля. Тогда Тирава вызвал Яркую Звезду к западу и велел ей научить людей петь гимны в честь Земли. Боги стали петь. И так как еще не было на Земле жизни, над ней поднимались облака, гуляли ветры, гремел гром, сверкала молния. Ударяясь о почву, молнии внесли туда жизнь, а ураган, пронесясь над мягкими влажными частями, образовал там долины. Снова боги запели гимны о деревьях и кустах, которые „заставляют землю радоваться“.

Растения росли, но в них не было жизни. Тогда ветер, дождь, молния прошли над растениями и возникла жизнь в лесу. Боги пели.

Тирава заметил в этот момент, что реки, текущие на Земле, были нехорошими. Он вызвал к западу Яркую Звезду и велел ей, чтобы она приказала богам пройти над реками. Ветры вычистили глубины вод, шел дождь, начались гром и молния; был слышен шум рек, которые текли на земле, и Тирава признал, что они хороши. Боги пели…».

Далее творение продолжалось точно таким же образом. Тирава сотворил бизона, затем человека. Для того чтобы сотворить человека, он вызвал ужасный ураган; на Землю спустилось облако, имеющее форму воронки, и в двух различных местах облака родило мальчика и девочку, которые после долгих странствий на Земле, наконец, встретились. Они не знали еще, как распространить жизнь, которая была в них заложена. Облака, молнии, буря им внушили любовь, и с тех пор они стали обладать разумом. Они стали использовать камни, чтобы делать ножи, и сделали шалаш. После этого появились звезды, для того чтобы люди им поклонялись.

Космогонические представления вавилонян и египтян

Космогония древних народов, обитавших в Халдее и Ассирии, дает нам наглядный пример эволюции от политеизма к монотеизму.

«Когда примерно две тысячи лет до нашей эры, — пишет Шарль Эншелен, — вавилоняне были покорены другими народами, когда они объединили свои страны в эпоху Хаммураби и Вавилон стал столицей страны, Мардук, бог Вавилонии, стал главным богом всей страны; и космогония и легенды, касающиеся происхождения Земли и человека, отражают эту борьбу».

Повествование о сотворении мира, которое составили в это время вавилонские жрецы, является в этом отношении весьма показательным и позволяет без труда догадаться о той борьбе, которую вели сторонники Мардука со своими врагами прежде, чем добиться победы. Вот это повествование в переводе Масперо:

«В те времена, когда все, что было наверху, еще не называли небом, во времена, когда все, что было внизу, не называли еще землей, Апсу, бездна без границ, и Мумму Тиамат, хаос моря, соединились и произвели на свет Лахму и Лахаму — фантастические существа, подобные тем, изображения которых мы видим на памятниках, похожие на „воинов с телом пустынной птицы, людей, с лицом ворона“, на быка с человеческой головой, собаку с четырьмя туловищами, и рыбьим хвостом. Затем родились небо и земля — Аншар и Кишар, — затем после долгого времени, — Ану, Бел и Эа, хозяева неба, земли и воды, которые в свою очередь произвели на свет меньших богов почвы, небесного свода и светил. Однако Тиамат, видя, как ее владения все более и более сокращаются в результате усилий более молодых богов, выслала против них полчище чудовищ: она сделала для них ужасные оружия, отдала их под командование своего супруга Кингу и послала на штурм неба. Бессмертные были сначала побеждены: Ану, затем Эа, посланные Аншаром за помощью, побледнели при виде врагов и не посмели их атаковать. Мардук, избранный, наконец, равными себе в качестве их главы, вызвал Тиамат на единоборство; он напал с помощью грозы и бури, он запутал Тиамат в сеть и затем пронзил ее своим копьем и разрубил на части. Он разрубил ее на две части „как сушеную рыбу“ и расположил одну половину очень высоко так, что она образовала небо, а другую половину бросил себе под ноги, чтобы сотворить Землю. Он указал затем окончательные места звездам, наметил пути Солнца, Луны и планет, создал год, месяц и дни. После этого он приказал своему отцу Эа отрубить ему голову, чтобы человек родился живым из его крови, смешанной с илом».

Позднее, как справедливо замечает Эншелен, монотеизм непрерывно развивался далее. «Старые вавилонские боги после победы Мардука постепенно потеряли свое прежнее лицо и превратились в атрибуты Мардука». Могущество Мардука, как бога-творца, было подтверждено еще с большей силой. Именно этим новым истолкованием повествования о сотворении мира вдохновлялись, в частности, первые иудейские жрецы, начавшие за несколько веков до нашей эры составлять библию.

Аналогичная эволюция имела место в Египте, где во время царствования династии Рамзесидов утвердилось главенство бога Амона, подвергавшееся некогда угрозе со стороны Аменхотена IV. Благодаря жрецам храма Карнака прежние священные тексты были истолкованы в наиболее благоприятном смысле в пользу признания всемогущего бога. Первоначальные космогонические предания, в которых девять богов-творцов, соответствующих главным родовым группам древнего Египта, породили один другого и каждый из них создал свою часть вселенной, уступили место гораздо более простой системе:

«В начале был Ну, — поясняет Масперо, — первобытный океан, в бездонных глубинах которого плавала смесь зародышей вещей. В самой вечности бог сам себя зачал и породил в глубине этой жидкой, бесформенной и бесполезной массы». Этот бог фиванской теологии был идеальным жрецом, одаренным знаниями и умом. Он — «единственный, который существует как сущность, единственный, который живет как субстанция, единственный творец в небе и на земле, единственный, который не был рожден, отец отцов, мать матерей. Всегда одинаковый, всегда неизменный в неизменном совершенстве, всегда присутствующий как в прошлом, так и в будущем, он наполняет вселенную, но вид мира не может дать даже слабое представление о его безграничности. Его чувствуют всюду, но его никак нельзя постичь. Единственный в своей сущности, он не единственный в лице. Он отец уже потому, что он существует, и могущество его природы таково, что он рождает вечно, никогда не ослабевая, не истощаясь».

 

II. Книга бытия

Одна из наиболее законченных систем космогонических взглядов в рамках монотеизма представлена в библии — в книге Бытия, и даже только по этой причине ей следовало бы уделить особое внимание. Однако для этого имеются и другие серьезные основания, так как благодаря своей странной судьбе библия в глазах бесчисленных приверженцев религии, рассматривающих ее как священную книгу, была в течение десятков веков и еще остается сегодня непогрешимым авторитетом в вопросе о сотворении мира. Вследствие этого библия сыграла исключительную и, надо сказать, весьма печальную роль в истории науки. Сколько ученых избегало в свое время заниматься проблемой происхождения миров с научной точки зрения или по причине своей религиозности или из боязни возможных трагических последствий обвинения в ереси! Сколько ученых и в наши дни как будто лишаются разума, как только они начинают заниматься этим вопросом, тщетно стараясь примирить рассказ, приписываемый Моисею, с новейшими научными открытиями!

В библии, возможно, более чем в каком-либо другом древнесвященном тексте, сотворение мира есть результат воли бога, направленной на достижение определенной цели. Оно не дело случая или каприза. Сомневаться в сотворении как вселенной, так и человека — значит не только подрывать основы религии, но и подрывать всю общественную мораль, которую оправдывает эта религия. Понятно, что первым из тех, кто осмелился это сделать, потребовалось немало мужества.

Текст книги Бытия

С целью облегчить читателю чтение наших критических замечаний по поводу книги Бытия, мы считаем целесообразным воспроизвести полностью ее первые стихи, имеющие наиболее близкое отношение к космогонии:

«1. В начале сотворил бог небо и Землю.

2. Земля же была безвидна и пуста, и тьма лежала над бездной, и дух божий носился над водами.

3. И сказал бог: да будет свет. И стал свет.

4. И увидел бог свет, что он хорош, и отделил бог свет от тьмы.

5. И назвал бог свет днем, а тьму ночью. И был вечер, и было утро; день один.

6. И сказал бог: да будет твердь посреди воды, и да отделяет она воду от воды. И стало так.

7. И создал бог твердь и отделил воду, которая под твердью, от воды, которая над твердью. И стало так.

8. И назвал бог твердь небом. И увидел бог, что это хорошо. И был вечер, и было утро; день второй.

9. И сказал бог: да соберется вода, которая под небом, в одно место и да явится суша. И стало так. И собралась вода под небом в своем месте, и явилась суша.

10. И назвал бог сушу землей, а собрание вод морями. И увидел бог, что это хорошо.

11. И сказал бог: да произрастит земля зелень, траву, сеющую семя по роду и по подобию ее, и дерево плодовитое, приносящее по роду своему плод, в котором семя его на земле. И стало так.

12. И произвела земля зелень, траву, сеющую семя по роду и по подобию, и дерево плодовитое, приносящее плод, в котором семя его по роду его (по земле). И видел Бог, что это хорошо.

13. И был вечер, и было утро; день третий.

14. И сказал бог: да будут светила на тверди небесной для освещения земли и для знамений и времен, и для отделения дня от ночи, и дней и годов.

15. И да будут они светильниками на тверди небесной, чтобы светить на землю. И стало так.

16. И создал бог два светила: великое светило большее для управления днем, и светило меньшее для управления ночью, и звезды.

17. И поставил их бог на тверди небесной, чтобы светить на землю.

18. И управлять днем и ночью, и отделять свет от тьмы. И увидел бог, что это хорошо.

19. И был вечер, и было утро; день четвертый».

Ошибки книги Бытия с научной точки зрения

Не желая анализировать в приведенном тексте каждое слово, мы можем даже при простом чтении сделать некоторые выводы относительно научных знаний составителей библии (оставляя сейчас в стороне все философские вопросы).

1) Земля находится в центре вселенной. Она была сотворена прежде всего, и именно вокруг нее бог расположил все светила. Земля, следовательно, неподвижна и не вращается; наоборот, Солнце вращается вокруг Земли.

2) Отделение дня от ночи (стих 4) произошло в течение первого дня трудов бога, между тем как Солнце и Луна появились лишь на четвертый день. Таким образом, наступление дня не зависит от Солнца; Солнце не является причиной дня, оно показывается в течение дня, прибавляя свой собственный блеск и как бы «возглавляя» день.

Впрочем, несколько далее в библии указывается, что господь, желая показать Иову, что тот не знаком со всеми чудесами природы, сотворенной им, господом, спрашивает с гордостью:

«12. Давал ли ты когда в жизни своей приказание утру и указывал ли заре место ее.

13. Чтобы она охватила края земли и стряхнула с нес нечестивых?» (Книга Иова, гл. 42).

Таким образом, книга Бытия категорически утверждает, что именно бог, а не Солнце управляет наступлением зари и что она всюду на Земле наступает одновременно; последнее очень легко объяснить, если придерживаться точки зрения, что Земля не круглая, а плоская.

Очень интересно заметить, что бог уточняет в этой же беседе, что Земля не изолирована в пространстве, а поддерживается:

«4. Где был ты, когда я полагал основание земли? Скажи, если знаешь.

5. Кто положил меру ей, если знаешь? Или кто протягивал по ней вервь.

6. На чем утверждены основания ее, или кто положил краеугольный камень ее.

7. При общем ликовании утренних звезд, когда все сыны божьи восклицали от радости?»

3) Облака обязаны своим происхождением не испарению воды с поверхности Земли, а содержатся в некотором «небесном вместилище», называемом твердью; они — следствие того отделения вод земли от вод неба, которое совершил бог на второй день.

4) Только после сотворения Земли, после создания дня и ночи, небесного свода и земных вод, даже после создания растений, бог сотворил Солнце, Луну и звезды. Следуя библии, надо, очевидно, отбросить все позднейшие научные теории, которые указывают на противоположный хронологический порядок: звезды и Солнце, планеты, спутники.

Что касается последнего пункта, то некоторые защитники религии хотели использовать стих 6 книги Иова, который мы только что цитировали, для того, чтобы «исправить» книгу Бытия. Эта попытка, несколько «отчаянная», только подчеркивает противоречия, существующие между различными текстами библии в отношении сотворения мира и которые, очевидно, связаны с космогоническими традициями, несколько отличающимися друг от друга. Эти противоречия проявляются со второй главы книги Бытия, где изложена, начиная со стиха 4, вторая версия творения. В этой версии, где космогония, в собственном смысле этого слова занимает весьма небольшое место, но где подробно рассказывается история Адама, человек появляется ранее растений и животных. В то же время в первой главе говорится, что человек сотворен позже их. Кроме того, человек совершает здесь первородный грех, о котором в первой главе нет ни слова.

Иудейские жрецы, воспроизводившие одну за другой различные легенды, не заботясь об их явных различиях, выявили таким образом полное отсутствие научного духа. Конечно, в ту эпоху подобные ошибки им можно было бы в какой-то мере простить. Но что сказать о тех, которые пытаются в наши дни настаивать на определенном научном значении (пусть даже в форме символического толкования) этой сумбурной компиляции с ее категорическими и абсолютными утверждениями первой главы, которые мы привели выше!

Книга Бытия с исторической точки зрения

Исходя из наших кратких критических замечаний, можно заключить, что астрономические познания древних иудеев были весьма примитивны. Конечно, мысль о том, что Земля находится в центре вселенной, признавалась в течение древних и средних веков всеми, за исключением нескольких пифагорейцев или очень немногих дерзких умов, как например, Николая Кузанского. Конечно, представление о небесной тверди, приписывающее реальность куполообразному синему небесному своду, который, как это кажется, возвышается над нашими головами, также разделялось всеми астрономами древности. Это представление сохранилось до эпохи Возрождения. Однако вера в отсутствие причинной связи между днем и Солнцем свидетельствует о весьма и весьма низком уровне научных знаний. Этот факт объясняется, по-видимому, непониманием древними иудеями той роли, которую играет атмосфера в освещении поверхности Земли перед восходом Солнца. То обстоятельство, что древние иудеи представляли Землю наподобие плоского диска, не облегчало им решения проблемы.

Странный и наивный рассказ о подвигах Иисуса Навина, остановившего Солнце над Гаваоном и Луну в Аялонской долине на целые сутки (книга Иисуса Навина, гл. X, XII, XIII), также указывает на весьма слабое понимание небесных явлений.

Подобные научные ошибки часто удивляли историков и астрономов, изучавших библию, тем более, что составление первых ее книг («Пятикнижия»), начатое не раньше IX в. до н. э., окончательно было завершено только в 444 г., т. е. к тому времени, когда наука достигла в некоторых странах Востока достаточно высокого уровня.

Некоторые религиозно настроенные лица высказывали парадоксальное утверждение, что текст книги Бытия представляет собой нечто вроде божественного откровения избранному народу, который его благоговейно сохранил, не понимая, к несчастью, полностью его смысл. Эта гипотеза принадлежит к таким, которые не могут, очевидно, обсуждаться в серьезной книге. С другой стороны, некоторые хотели видеть в невежестве, проявляемом в библии, просто следствие религиозного фанатизма иудеев. «Наука, — пишет, например, Гёфер, — есть совместное произведение всего человеческого рода, без различия рас, но такая нация, как народ израилитов, которая считала другие нации нечестивыми и запрещала какое-либо интеллектуальное общение и обмен познаниями с ними, должна была неизбежно остаться за бортом развития науки».

Эта суровая критика содержит долю истины, однако действительность гораздо более сложна. Не следует прежде всего забывать, что древние иудеи были довольно бедным пастушеским и земледельческим народом, с трудом добывавшим средства к жизни. В отношении промысла, морской торговли и даже сооружения памятников искусства этот народ отставал в своем развитии от народов, населяющих соседние большие империи. Нот ничего удивительного, что имело место отставание и в отношении научного развития.

Что касается сектантского характера религии израилитян, то он неоспорим, однако стремление древних иудеев к изоляции, о котором говорит Гёфер, исторически объясняется не какой-то расовой гордостью народа, стоящего в стороне от иностранного влияния, но, наоборот, естественной реакцией на многочисленные навязанные ему и часто неприятные сношения со своими более могущественными соседями. Территория Палестины была как бы зажата между территориями Египта с одной и Ассирии с другой стороны, и иудеи подвергались многочисленным вторжениям, а за несколько веков до нашей эры даже начали рассеиваться между другими народами. В этих условиях религия представляла собой существенный фактор, объединяющий национальность; впрочем, эту связь было трудно установить, и она часто находилась под угрозой нарушения. История говорит нам, что культ Иеговы до того, как он победил и Иегова был признан единственным богом иудеев, должен был выдержать тяжелую борьбу с соседними богами. Даже во времена Соломона, в эпоху, когда политическая централизация ускоряла объединение церкви, знаменитый храм в Иерусалиме «приютил у себя Астарту и ее жрецов, бронзовую стрелу, излечивающую от болезней и укусов ядовитых животных. Кони и колесница Ваала въезжали торжественно в храмовые подворья, священные жрицы ткали для него шатры, где они принимали богомольцев в праздничные дни; плакальщицы оплакивали смерть Таммуза-Адониса».

Только один или два века спустя (отчасти в результате борьбы пророков против идолопоклонства) закончился процесс формирования единобожной религии, и древние иудеи стали поклоняться лишь одному своему богу, причем это поклонение принимало все более и более фанатичный характер.

В самой книге Бытия чувствуются многочисленные чужеземные влияния. Насколько можно определить их происхождение, они содержат элементы древних устных преданий: некоторых египетских, вавилонских, финикийских и даже персидских легенд. Именно эти легенды и предания страдают наиболее крупными научными ошибками. Что касается окончательной редакции, то она была сделана в V в. до н. э. жрецами из Месопотамии под непосредственным влиянием Вавилона. Эти жрецы, по-видимому, еще резче утверждали могущество бога-творца, вдохновляясь более монотеистическими вариантами легенды о сотворении мира Мардуком. Они также старались поддержать священным писанием свое законодательство. Таким путем они пришли к идее заставить бога работать шесть дней, а на седьмой отдыхать, чтобы узаконить примером самого Иеговы религиозные еженедельные обряды. Но, — и в этом Гёфер полностью прав, — составители Пятикнижия систематически игнорировали большую часть научных знаний Вавилона, так как они были в их глазах слишком тесно связаны с чужеземными религиями и особенно с магией. В частности, в эту эпоху не делали существенного различия — между астрономией и астрологией, которая была сурово осуждена пророками.

Книга Бытия и современная наука

Это добровольное невежество заслуживало бы, пожалуй, улыбки, если бы оно не привело позднее к гораздо более серьезным и даже трагическим последствиям. Религии, происшедшие от иудаизма, заимствовали у последнего ее догматическую непримиримость. Она особенно проявлялась в эпоху Возрождения, когда жестокая борьба классов потрясала социальные основы существующего строя. Опираясь на авторитет книги Бытия, т. с. в конечном итоге на авторитет легенды о сотворении мира Мардуком, Конгрегация индекса запрещенных книг осудила в 1616 г. теорию Коперника, а инквизиция приговорила в 1633 г. Галилея к отречению и пожизненному заключению.

В это же время протестанты были отнюдь не менее непримиримы, чем католики, в отношении того, что касалось книги Бытия. Например, Меланхтон, друг и сподвижник Лютера, поверял своим друзьям то беспокойство, которое ему причиняли идеи Коперника:

«Следовало бы, — говорил он, — побудить власти задушить с помощью всех имеющихся в их распоряжении средств настолько вредоносную и противоречащую религии доктрину».

Эти осуждения тем более отвратительны, поскольку сама церковь в тот момент, когда она предпринимала идеологическое наступление на греко-романский мир, без колебания дополнила и исправила астрономические теории книги Бытия с помощью теорий Аристотеля и Птолемея. Они не настолько изгладились в памяти людей, как этого хотели бы некоторые представители католицизма.

В конце XVII в. Боссюе трактовал этот вопрос, следуя декретам Конгрегации индекса, и учил своего ученика, сына Людовика XIV, что Солнце движется вокруг Земли: «Подумайте, — говорил он, — какой стремительностью пробегает Солнце тот огромный путь, который был указан ему Провидением».

Много лет спустя в папском университете Рима продолжали официально преподавать «хорошие и здоровые» астрономические теории, приписываемые Моисею и уточненные с помощью Аристотеля и Птолемея.

Уже в наши дни в некоторых штатах США (в частности, в штате Теннеси) протестантские секты добились того, что в 1925–1926 гг. был издан закон, запрещающий преподавание теории Дарвина, как противоречащей библии. В Южной Африке законодательные собрания нескольких штатов запретили демонстрировать на своих территориях опыт Фуко (доказывающий вращение Земли), поскольку«…нечестивая теория вращения Земли находится в противоречии с библией и может служить лишь распространению атеистических и большевистских идей».

Что касается католической церкви, то она долго старалась сохранить свои непримиримые позиции. Решения библейской комиссии от 30 июня 1909 г. хотя и допускали возможность более гибкого толкования текста книги Бытия, однако, вновь подтверждали, что «Моисеев рассказ о творении историчен и обоснован объективной хронологической последовательностью реальных процессов».

Ряд второстепенных ученых, как например, Бело или аббат Моро, попытались в начале XX в. снова как можно лучше согласовать библейский текст с последними открытиями в науке. Их «теории», противоречащие часто самим себе, настолько опровергаются последними результатами, полученными астрономией, что сами служители церкви не осмеливаются их более поддерживать.

В надежде сплотить вокруг католицизма больше ученых верховный глава католической церкви в настоящее время, папа Пий XII, не поколебался 22 ноября 1951 г. в речи, произнесенной перед папской Академией, оставить защиту различных утверждений книги Бытия с целью спасти идею творения. Он с некоторой торжественностью присоединился к теории «расширяющейся вселенной» бельгийского аббата Леметра, о чем мы будем говорить ниже. Этот полный отказ высших церковных властей от положений, поддерживавшихся в течение почти двух тысяч лет, является неслыханным явлением в истории церкви и свидетельствует о большой победе современной науки. Но, как мы вскоре увидим, борьба была лишь перенесена на другую почву; острота ее ничуть не уменьшилась.

 

III. Первые материалистические космогонические представления

Первые материалистические космогонические идеи появились на свет в Греции во время рабовладельческой демократии в VII — начале VI в. до н. э. Эти два века были отмечены в этой стране большим числом технических усовершенствований и весьма интенсивным развитием ремесла, торговли и колонизации. Наряду с прежним правящим классом — земельной аристократией — в греческих городах появляются новые классы, образованные из купцов, собственников мастерских, оружейников. Эти классы, развитие которых тормозилось устаревшим законодательством, вели жестокую политическую борьбу за завоевание власти, и эта борьба, естественно, перенеслась и на идеологическую почву. Прежняя религия, которая отражала идеологию раннего рабовладельческого общества, сельскохозяйственную экономику, служившую его основой, и мир родовой знати потерпела сильное поражение. В то время, как в других странах (в Египте, Месопотамии) вследствие совершенно иных экономических и социальных условий наука с самого своего рождения была монополизирована и придушена кастой жрецов (аналогично тому, что происходило в средние века на Западе), в Греции она с самого начала служила орудием и, в некотором смысле, оружием в руках передовых классов, что было, по-видимому, одной из существенных причин замечательного развития науки в этой стране.

В VI в. богатый житель города Милета Фалес, который был одновременно купцом, инженером, математиком и астрономом, основал научную школу, принявшуюся за проблемы естественных наук. В качестве составных частей истинных движущих сил мира рассматривались четыре стихии: тепло, холод, вода, воздух. И если существование богов полностью и не отрицалось, то во всяком случае, считалось, что они подчиняются этим естественным силам. Роль богов была значительно уменьшена, и такие вопросы, как например, происхождение вселенной, получили хотя и весьма наивное решение, но такое, в которых боги совсем не участвовали.

Это философское направление, имеющее материалистические тенденции, развивалось в течение нескольких веков. Мы не собираемся подробно излагать его эволюцию и остановимся только на двух его наиболее замечательных представителях: Демокрите и Эпикуре. Эти два философа имеют то общее, что оба они пытались осмыслить мир, исходя из теории атомов.

Демокрит, сын очень богатого купца из города Абдеры, горячо воспринял многие идеи своего учителя Левкиппа, родившегося, как и Фалес, в Милете. Согласно Демокриту атомы беспорядочно и безостановочно движутся в пустом пространстве. При столкновениях атомы, сцепляясь друг с другом посредством крючков, которыми они, по предположению Демокрита, обладают, все время образовывали и образуют бесчисленное множество вихрей различного характера (в зависимости от условий взаимных столкновений). Наш мир произошел из одного особого вихря, который после своего образования все более и более разрастался. Самые крупные атомы сгруппировались в центре и образовали Землю; самые маленькие атомы, тесно сцепившиеся друг с другом, образовали небесный свод, где вследствие перемешивания огня с воздухом загораются звезды. Солнце и Луна имеют такое же вихревое происхождение, как и Земля. Эти миры, некогда отличные от нашей Земли, были «захвачены» ею подобно тому, как некоторые современные астрономы вместе с О. Ю. Шмидтом полагают, что вещество, из которого впоследствии образовались планеты, было захвачено Солнцем. Наш мир, по мнению Демокрита, не будет существовать вечно, он когда-нибудь «умрет», и его атомы, рассеянные в пространстве, будут служить материалом для образования других миров.

Таким образом, Демокрит говорит не о творении, а о бесконечном (как в прошлом, так и в будущем) процессе рождения миров, затем рассеивающихся в бесконечном пространстве. Вечны лишь атомы и пустота.

Эпикур Самосский (341–270 до н. э.) продолжил ста годами позднее космогонические идеи Демокрита, ученик которого Наузифан был учителем Эпикура. Эпикур довольно серьезно изменил их в одном частном пункте. Демокрит предполагал, что атомы могут двигаться по всем направлениям и что наиболее крупные атомы двигались быстрее, нагоняли более мелкие и сталкивались с ними. Это позволяло Демокриту успешно отразить возражения своих противников-идеалистов, которые утверждали, что приходится допустить вмешательство в некоторый момент сверхъестественной силы, чтобы заставить атомы, падающие совместно, столкнуться и образовать вихри. По мнению же Эпикура все атомы, большие или маленькие, движутся с одной и той же скоростью вдоль параллельных прямых наподобие капель дождя. Для того чтобы они могли встретиться, необходимо предположить, что каждый из атомов может слегка отклоняться от прямой линии.

Даже не входя в более мелкие детали этих первых материалистических космогонических идей, мы уже можем подчеркнуть их основные черты.

1) Они основываются на очень слабых научных знаниях. Это вполне показывает нам описание небесной сферы, которое приводит Демокрит. Добавим, что, по Демокриту, Солнце меньше по своим размерам, чем Земля, а последняя имеет форму диска. Само представление об атомах было весьма наивным и примитивным. Для Демокрита атом — элементарная частица, которая может сцепляться с другими аналогичными частицами, образуя материальные тела или живые существа, но внутри которой ничего не происходит. Для Эпикура атом обладает, кроме того, некоторой довольно таинственной и напоминающей знаменитую «свободу воли» внутренней свободой, позволяющей ему при движении уклоняться от прямой линии.

2) С философской точки зрения эти теории ставят космогоническую проблему довольно правильно:

они объясняют происхождение миров, их развитие и их гибель помимо вмешательства какого-либо бога;

они предполагают, что только движение и материя являются вечными;

они утверждают, что все материальные тела и все живые существа имеют свое начало и в конце концов исчезнут (только странные боги Эпикура, о которых мы сейчас скажем, избегают этой участи).

Этот последний пункт — о неизбежной гибели всех материальных тел — полностью противоречит учению Аристотеля о совершенстве небесных тел, т. е. положениям, которые принимались церковью в течение всех средних веков и которым Галилей нанес смертельный удар открытием солнечных пятен, сделанным с помощью зрительной трубы.

Однако у Эпикура вместе с пресловутой «внутренней свободой», которую он приписывает атомам и которая, по его мнению, связана с моральной свободой, присущей человеку и всем животным, появляются признаки идеализма.

Что касается Демокрита, то если он среди древних философов лучше всех сумел отделить от распространенного понятия о роке (судьбе, тяготеющей даже над богами) научное понятие строгой причинности, то он все же не сумел избежать подводных камней механицизма. Его материализм не диалектичен. Его непрерывная цепь причин и следствий относится только к атомам, в ней участвуют только физические факторы, а психологические вообще исключены. Поэтому его этика, указывавшая правила практического поведения, к которой была близка и мораль Эпикура, плохо согласуется со всей его философской системой.

Наконец, Демокрит и Эпикур не упраздняли полностью богов, следуя в этом примеру философов Милета. Правда, боги Демокрита, если они и жили дольше, чем все люди, не были все же бессмертными, а боги Эпикура хотя и обитали вечно в пустом пространстве между атомными вихрями, но ничего не делали, наслаждаясь совершенным счастьем. Тем не менее, эта уступка древней религии, которая не была, как это некоторые полагали, продиктована соображениями осторожности, на первый взгляд кажется странной. Она получает, однако, объяснение, если вспомнить, что атеизм этих философов был предназначен не для широких народных масс, а для зажиточного класса, опирающегося на прочную основу рабства, и борющегося с другим зажиточным классом, удерживающим власть. Подобный характер атеизма Демокрита — Эпикура уменьшает до некоторой степени значение той борьбы, которую они и их ученики вели против суеверия. Это позволит в равной мере понять упадок, а затем и гибель всего материалистического направления в философии, когда новые условия и, в частности, завоевание Греции Римом, поставили эти борющиеся классы в положение длительного компромисса.

Несколькими веками позднее христиане в лице некоторых фанатичных последователей философа-идеалиста Платона ополчились на произведения Демокрита, от которых до нас дошли лишь отрывки, цитируемые другими авторами. Церковь начала также вести против Эпикура и его сторонников кампанию клеветы и оскорблений, которая продолжается до наших дней (отсюда презрительная кличка «эпикуреец»). Античный материализм получил решительный удар. Что касается науки, подпавшей после этого целиком под контроль церкви, то она в течение средневековья (по крайней мере в странах христианства) нищенски прозябала и даже шла назад.

 

I. От книги Бытия к вихрям Декарта

Первый настоящий подъем науки и первые космогонические системы материалистического направления появились в Греции как следствие активной борьбы классов, которая начала развертываться в различных греческих городах в VII–VI вв. до н. э. Вполне аналогичное явление в истории науки и философии можно наблюдать и в новое время. Таким образом, прежде, чем говорить непосредственно о науке, необходимо хотя бы кратко остановиться на основных экономических и политических чертах этой эпохи. Говоря языком марксизма, прежде чем переходить к идеологической надстройке общества (в том числе к идеологическому значению больших научных проблем), нужно сначала рассмотреть базис общества (уровень техники, экономические и социальные условия).

Борьба классов и наука в средние века

В течение всех средних веков шла борьба, иногда очень жестокая, между торговой буржуазией городов и феодальным дворянством, для которого земля и крепостные служили основными двумя источниками доходов (к которым очень часто добавлялись разбой и грабеж). В ходе этой борьбы, особенно сильной в наиболее развитых экономически странах, например, во Фландрии, в Тоскани, в различных морских центрах Италии, буржуазии удалось завоевать некоторые свободы. Ряд морских городов, например Генуя, Венеция, обогащенные крестовыми походами, достигли очень большого могущества. Они обладали колониями в средиземноморском бассейне, правда, более или менее ненадежными.

Но экономический подъем, постоянное обогащение торгового класса и даже необычайное развитие некоторых городов, поставленных в особо благоприятные условия, не разрушили, несмотря на все происходившие столкновения, ни основ феодального строя, ни его идеологического оружия — католической религии. Наука, которую духовенство захватило в свои руки и превратило в придаток теологии, чахла вследствие отсутствия контакта с действительностью и была во власти недостаточных и часто ошибочных теорий Аристотеля, «присвоенных» в целом (если не говорить о деталях) отцами церкви.

Наука могла развиваться только вне рамок католической церкви или даже противостоя католицизму, как например в странах арабоязычной культуры. В период своих завоеваний арабы заложили основы алгебры. Попытки алхимиков добыть золото с помощью «дьявольской магии» сами собой приводили к экспериментальному изучению химических явлений.

Что касается проблемы происхождения мира, то она была «решена» в книге Бытия. Теория Аристотеля, согласно которой небесные тела существовали вечно, была, конечно, отброшена. Вместе с тем был принят, почти как догма, вывод Аристотеля о совершенстве небесных тел. Наконец, движения в солнечной системе объяснялись с помощью очень остроумной и очень сложной теории Птолемея, греческого астронома II в. н. э., согласно которой Земля была неподвижна и находилась в центре мира.

Только схоластические дискуссии теологов относительно целей, преследуемых богом при сотворении мира, или относительно различных толкований текста книги Бытия создавали тогда подобие официальной идеологической жизни, и в них в виде религиозных споров звучало сильно искаженное и ослабленное эхо классовой борьбы того времени.

Но все эти споры касались лишь определений и толкований отдельных слов, а дух науки никогда не мог коснуться ни одной даже самой маленькой проблемы. Вместе с тем вся система объяснения мироздания, хотя она и была ошибочной, все-таки производила впечатление гораздо более связной и солидной, чем расплывчатые мифы древних, которые подвергались критике со стороны Фалеса и его учеников за двадцать веков до того. Чтобы разрушить и опрокинуть эту систему, понадобились мощные удары эпохи Возрождения.

Эпоха Возрождения

В XV в. произошел исключительный скачок в развитии торгового капитала. Одну из главных причин этого внезапного экономического подъема следует искать в соперничестве, существовавшем между различными морскими государствами: Венецией, Генуей, Португалией и Испанией. Вторжение турок, вследствие чего европейские страны потеряли рынки на восточном побережье Средиземного моря, значительно осложнило связи Европы с Индией, являвшейся источником выгодной торговли пряностями, и еще более усилило это соперничество. Португальцы предприняли систематическое обследование берегов Африки с целью поисков там пряностей и ценных металлов, а в 1492 г. генуэзец Христофор Колумб, служивший Испании, открыл Америку там, где он думал найти Индию. Тогда началось стремительное движение к новым землям, что позволило значительно обогатиться городам, которые в течение средних веков развивались медленно. Колонизация Америки и наплыв золота в Европу ускорили экономическое развитие, начавшееся в предыдущие века. Могущество буржуазии росло с исключительной быстротой. Возникли многочисленные мануфактурные производства; все более и более увеличивалось влияние банкиров. Одновременно с этим шло культурное развитие, чему прежде всего способствовало изобретение книгопечатания, позволившее отныне широким слоям населения быстро знакомиться с прогрессом человеческих знаний, а также иммиграция византийских ученых, изгнанных турками и сохранивших более богатые и более живые традиции древних греко-римских времен.

Феодальный строй с каждым днем становился все более анахроничным; препятствия, которые он ставил экономическому развитию общества, становились все менее и менее терпимыми. Этот конфликт распространился и на идеологическую почву. Многочисленные представители буржуазии эпохи Возрождения противопоставили католической морали обновленный «гуманизм» древних. Они не осмеливались еще создать свою собственную идеологическую систему и противопоставить религии материализм. Они подвергли критике взгляды некоторых греческих философов, ценимых схоластической школой, но делали это, опираясь на другие греческие или латинские «авторитеты». Например Коперник в подтверждение своей астрономической теории ссылается на древнегреческих философов пифагорейской школы. С христианством также боролись не единым фронтом. В некоторых странах его хотели «реформировать», якобы воскрешая его первоначальный дух. Это служило предлогом для долгих религиозных войн, являвшихся, правда, более политическими, чем религиозными, в ходе которых феодальный строй был значительно потрясен, но, однако, сумел ценой уступок отчасти удержать свои позиции.

Правда, в этот период мы встречаем очень смелых мыслителей, например, Кампанеллу или Джордано Бруно, придерживавшихся пантеизма, близкого к материализму. Но наиболее существенной стороной интеллектуальной жизни эпохи Возрождения следует считать появление рационализма. Осознав свои силы, буржуазия покидает религиозные воззрения предшествующих веков и занимает критическую позицию по отношению ко всему, включая и религиозные догмы. Она хочет, перед тем как поверить, сначала понять, и с этим изменением позиции буржуазии непосредственно связан прогресс науки.

Важнейшие научные открытия опрокидывают всю систему астрономии средних веков. Коперник выступил против теории Птолемея, утверждая, что Земля не является центром мира и, наоборот, сама должна обращаться вокруг Солнца, как и другие планеты. Несколько десятков лет спустя Галилей смог благодаря применению телескопа и наблюдениям неба получить подтверждения теории Коперника. Он открыл, что Юпитер имеет спутников, обращающихся вокруг него, как Луна обращается вокруг Земли. Он открыл фазы Венеры, остающиеся полностью необъяснимыми в теории Птолемея. Он установил, что Солнце не совершенно, поскольку на нем есть пятна. Сторонники Аристотеля тщетно пытались сразить Галилея, прибегая за помощью к инквизиции.

Как наблюдательная астрономия, использующая новые инструменты, так и теоретическая, основывающаяся на правильных научных принципах, переживают значительный подъем. Мы удовлетворимся лишь тем, что назовем имена Кеплера, современника Галилея, и Ньютона, жившего ста годами позднее. Снова на повестку дня выдвигаются проблемы космогонии. Мы увидим, что предлагаемые решения этой проблемы были более или менее материалистичны. Вместе с тем нужно отметить, что эти теории благодаря прогрессу науки объясняли все большее и большее число наблюдаемых фактов.

Космогонические идеи Декарта

Первым ученым нового времени, который действительно серьезно занялся проблемой происхождения миров, был Декарт (1596–1650). По правде сказать, Декарт, выдвигая свои космогонические идеи, гораздо больше рассуждал как философ, а не как отважный и осторожный человек науки, но его идеи, являясь промежуточным этапом, представляют значительный исторический интерес. Декарт допускал акт божественного творения: бог вначале создал из ничего некоторое количество материи и сообщил ей определенное количество движения. Эта материя, наполняющая все пространство, движется под влиянием первоначальных импульсов по замкнутым кривым, вследствие чего образуются вихри. В каждом вихре материя в процессе развития приобретает три конкретные формы: наиболее грубая материя (3-й элемент) образует планеты и кометы; более мелкие частицы, сглаженные вследствие взаимного трения, образуют жидкость и небеса, находящиеся в непрерывном вращении (2-й элемент); наконец, самые мелкие частицы (1-й элемент), получающиеся при разрушении более крупных частиц, остаются в центре вихрей, образуя звезды и Солнце. Первоначально существовал солнечный вихрь и вихри всех планет (которые были, следовательно, сначала звездами). Некоторые неправильности движения привели согласно Декарту к тому, что планетные вихри закрепились в солнечной системе.

Спутники произошли таким же образом из маленьких вихрей, захваченных планетными вихрями. Наконец, очень тяжелые кометы блуждали от одного вихря к другому.

Мы не будем останавливаться на очевидной ошибочности этих идей, которые с научной точки зрения представляют интерес только в отношении объяснения прямого вращения планет, преобладающего в солнечной системе, и в отношении систематического рассмотрения центробежных сил.

С философской точки зрения весьма интересно отметить материалистическую тенденцию идей Декарта. Заметим прежде всего, что они весьма далеки от книги Бытия. (Декарт понимал это столь хорошо, что позволил их опубликовать, лишь приняв меры исключительной предосторожности.) Но главное заключается в том, что если бог и появляется вначале, чтобы дать толчок созданной им материи, и, так сказать, пустить ее в ход, то впоследствии он уже остается совсем в стороне и предоставляет мир законам, которые он дал этому миру и которые делают мир похожим на хороню отрегулированную «машину». Если исключить первоначальное вмешательство бога, то все остальное в идее Декарта покоится на принципах механистического материализма, свойственного последующему веку. Конечно, Декарт, признавая согласованность законов природы, считал, что если вселенная продолжает следовать вполне определенным законам, то это происходит по доброй воле бога, который способен в любой момент их изменить (но который, разумеется, этого никогда не делал).

Космогонические идеи Декарта, а также и его философия — нечто подобное непоследовательному рационализму, представляют собой, следовательно, компромисс. Возникает вопрос, был ли этот компромисс продиктован лишь соображениями осторожности и не был ли Декарт на самом деле завуалированным материалистом? На этот вопрос можно ответить положительно. Определенно известно, что Декарт отказался опубликовать некоторые из своих работ в первоначальном виде после того, как узнал об осуждении Галилея. С другой стороны, высказывания Декарта о его верности католицизму и даже ряд его теологических работ, казалось, вызывались соображениями чистого оппортунизма. Вместе с тем из этого не следует, что можно ставить под сомнение искренность его веры в бога. По нашему мнению, существенные противоречия его взглядов объясняются скорее социальными и экономическими условиями эпохи, чем хитрой двойной игрой. Резко выраженные механистические тенденции, которые можно обнаружить в некоторых теориях Декарта, соответствуют в конечном итоге развитию первых мануфактур и энтузиазму буржуазии, предвидящей возможности, создаваемые этой технической революцией. Но политическая ситуация была в это время такова, что допускала известный компромисс между феодализмом и новыми классами. Действия Ришелье, побеждающего последних независимых дворян с помощью буржуазии и старающегося установить достаточно сильную центральную власть для того, чтобы регулировать социальные конфликты, способствовали тому, что даже самые отважные умы отходили от идеи насильственной революции. Поэтому идеологическая борьба не могла быть доведена до крайних выводов, и Декарт, материалист на практике, оставался идеалистом и даже теистом в теории.

Лишь веком позже французская буржуазия, развитие которой наталкивалось на остатки феодального строя и вырождавшуюся систему абсолютизма, станет настоящим революционным классом и тогда в космогонических гипотезах (например, в гипотезе Лапласа) появятся откровенные материалистические тенденции.

 

II. Восемнадцатый век; Бюффон и Кант

Космогонические системы, появившиеся в XVIII в. во Франции, а также в Германии, представляют собой большой шаг вперед на пути возникновения правильных представлений о происхождении Солнца и планет. Чтобы хорошо их понять, небесполезно кратко напомнить об успехах астрономии, достигнутых после Декарта, и о развитии классовой борьбы в крупных ведущих странах Европы в эту эпоху.

Астрономические основы новых космогонических систем

Гипотеза Декарта основывалась на данных науки того времени и, в частности, на теории Коперника. Но в конце XVII — начале XVIII вв. астрономия сделала большой шаг вперед благодаря открытиям Ньютона. До этого астрономия могла лишь описывать движения планет вокруг Солнца. Ньютон был первым, который объяснил эти движения, или, вернее говоря, показал, что свойства движения планет (законы Кеплера) могут быть выведены как следствие одного закона — закона всемирного тяготения.

Политические и социальные условия

а) В Англии. Открытия Ньютона могли бы послужить для него самого источником космогонических идей, которые были высказаны впоследствии Кантом и Лапласом. Но Ньютон, будучи протестантом, хотя и подчеркивал все могущество разума при исследованиях законов природы, высказал во введении к последнему изданию своих произведений очень определенные религиозные соображения. Это неожиданное противоречие объясняется довольно легко, если принять во внимание особые политические и идеологические условия в Англии в эту эпоху. Английская буржуазия, которая была тогда самой могущественной в Европе, была также первой, которой удалось завоевать власть после революции и казни короля Карла I (1649).

Политические свободы, которые получила английская буржуазия (и которые она сорок лет спустя должна была защищать против Якова II), отход от католической религии — этой идеологической поддержки феодализма средних веков — и замена ее несколькими протестантскими сектами задержали движение к материализму, представителями которого были Ричард Овертон и Гоббс. Это и привело к тому, что Ньютон допускал участие бога в происхождении солнечной системы. Ему казалось необходимым, чтобы сверхъестественное существо расположило планеты в том порядке, который они занимают, и придало каждой из них начальную скорость, необходимую для того, чтобы планеты обращались вокруг Солнца по известным законам. Из открытого им закона всемирного тяготения он сделал вывод, что в течение длинного промежутка времени орбиты планет солнечной системы должны постепенно изменяться. Но вместо того, чтобы допустить реальную возможность таких изменений, Ньютон предпочитал считать, что время от времени бог вмешивается и наводит прежний порядок, чтобы планеты всегда следовали тем путям, которые им были предназначены первоначально.

Все это объясняет запоздалое появление в Англии космогонических систем. Лишь в 1771 г. начали публиковаться первые работы В. Гершеля относительно эволюции туманностей, но и эти работы гораздо больше привлекают внимание ценностью данных наблюдений, на которых они основаны, чем смелостью философской мысли.

б) Во Франции. Положение во Франции было совсем иное, чем в Англии. Буржуазия была там менее богата, менее развита (Франция занимала в это время второе место в Европе по развитию индустрии и торговли) и вместе с тем она была менее свободна. Еще сохранялись Остатки феодального строя. Абсолютная власть короля и чрезмерное влияние придворной клики ограничивали власть буржуазии и частично парализовали экономическое развитие. Идеологическая тирания католицизма, подорванная одно время благодаря религиозным войнам, стала сильной, как никогда, после Нантского эдикта. Поэтому передовая часть буржуазии открыто переходит в наступление против бога, как и против короля и дворян. Материализм приобретает небывалое до тех пор развитие, и французские ученые ставят проблему космогонии на истинную научную почву, отвергая любое вмешательство сверхъестественных сил.

в) В Германии. Немецкая буржуазия была гораздо менее сильна, чем даже французская, но она наблюдала со значительным интересом события, происходящие по другую сторону Рейна. Вспомним, что прусский король Фридрих II писал по-французски и привлек к своему двору многих французских философов и ученых, среди которых был и Вольтер. Поэтому неудивительно, что одним из основоположников научной космогонии был великий немецкий мыслитель Кант.

Гипотеза Бюффона

В 1749 г. один из переводчиков трудов Ньютона на французский язык, Бюффон, более известный во Франции как естествоиспытатель, предпринял в своей «Естественной истории» первую попытку объяснения происхождения планетной системы, учитывавшей действие сил всемирного тяготения. Бюффон предположил, что Солнце когда-то столкнулось с кометой, благодаря чему от Солнца отделилась в момент удара часть вещества.

Это вещество затем сгустилось и распалось на отдельные куски, дав начало различным планетам и их спутникам. В этой гипотезе учитывался тот факт, что все планеты обращаются вокруг Солнца в одном и том же направлении. Против этой гипотезы приводили главным образом то возражение, что планеты, «оторванные» подобным образом от Солнца, имели бы очень вытянутые, а не близкие к круговым орбиты. Это возражение, конечно, далеко не основательно. Достаточно предположить, что пространство вокруг Солнца было заполнено вначале космической пылью (например, остатками материи, выброшенной из Солнца). Тогда многочисленные столкновения частичек пыли с планетами могли бы постепенно привести к уменьшению вытянутости их орбит.

В действительности гипотеза Бюффона неприемлема по той причине, что, с одной стороны, очень мала вероятность подобной встречи между звездой и кометой, а с другой стороны, слишком велика разница в массах этих небесных тел. К тому же кометы имеют настолько малую плотность, что не приходится говорить об ударе кометы о Солнце и об отделении солнечного вещества вследствие этого удара.

Заметим, что 15 января 1751 г. четырнадцать предложений «Естественной истории» Бюффона были торжественно преданы осуждению весьма католически настроенной Сорбонной (Парижским университетом). Однако силы прогрессивной буржуазии во Франции были уже настолько велики, что это осуждение не имело никаких последствий.

Гипотеза Канта

Вторая крупная космогоническая гипотеза XVIII в. была высказана в 1754 г. молодым Кантом в небольшой книжке, опубликованной под названием «Всеобщая естественная история и теория неба». Кант выступил против положения Ньютона, согласно которому порядок в мире небесных тел мог установиться лишь благодаря вмешательству сверхъестественной божественной силы. Немецкий философ, как и Бюффон, старался показать, что если тяготение позволяет объяснить теперешнее состояние солнечной системы, то оно позволяет также объяснить и ее происхождение. По мнению Канта, все явления должны объясняться естественными законами. Таким образом, он смотрит на физическую вселенную с точки зрения материалиста. Но в дальнейшем под влиянием философа-агностика Юма Кант стал отрицать возможность познания «вещей в себе». Исходя из соображений, основанных на морали, он стал развивать идеалистические положения о вере в свободу воли, в загробную жизнь, в существование бога. Это основное противоречие, которое характерно для взглядов Канта, отражало в известной степени положение немецкой буржуазии того времени, понимавшей ту роль, которую она должна будет сыграть позже, но вместе с тем отчетливо сознающей невозможность в настоящее время взять власть в свои руки.

Кант предположил, что мир первоначально находился в «наиболее примитивном состоянии, последовавшим за небытием» (здесь мы встречаемся с намеком на акт божественного творения), когда все пространство было более или менее равномерно заполнено неподвижными материальными частицами. Вследствие притяжения наиболее плотными частицами других частиц этот хаос распался на отдельные сгущения. Из одного такого сгущения образовалась солнечная система. Кант пытался объяснить с помощью довольно непонятных и часто не выдерживающих критики аргументов, как это первоначальное сгущение материи приобрело вращение. Затем это сгущение, согласно Канту, постепенно сплющивалось и приняло в конце концов форму «лепешки». В центре образовавшейся «лепешки» была сосредоточена основная часть ее массы, которая постепенно увеличивалась за счет притягиваемых соседних частиц; в конце концов здесь образовалось Солнце. С другой стороны, имевшиеся внутри «лепешки» отдельные местные сгущения материи также притягивали к себе соседние частицы. Из этих местных сгущений образовались различные планеты и их спутники.

Мы не будем более подробно излагать эту гипотезу, далеко не обоснованную с научной точки зрения, хотя некоторые из ее положений нашли свое место в позднейших гипотезах. Мы хотим здесь лишь подчеркнуть, во-первых, что и в гипотезе Бюффона, и в гипотезе Канта никакое божество (если не говорить о самом «начале») не принимает участия в создании солнечной системы. Во-вторых, здесь проводится имевшаяся уже у Декарта идея эволюции солнечной системы. Движения планет не рассматриваются как вечные, и сам Кант первый пытался предсказать, каков будет конец нашего мира планет.

Поэтому становится вполне понятным то большое значение гипотезы Канта, которое приписывает ей Энгельс. Вот что пишет он, например, в «Анти-Дюринге»:

«Кантовская теория возникновения всех теперешних небесных тел из вращающихся туманных масс была величайшим завоеванием астрономии со времени Коперника. Впервые было поколеблено представление, что природа не имеет никакой истории во времени. До тех пор признавалось, что небесные тела движутся изначально по одним и тем же орбитам и пребывают в тех же состояниях; и если на отдельных планетах органические индивиды вымирали, то роды и виды все же признавались неизменными. Было, конечно, очевидно для всех, что природа находится в постоянном движении, но это движение представлялось как непрестанное повторение одних и тех же процессов. В этом представлении, вполне соответствовавшем метафизическому способу мышления, Кант пробил первую брешь…»

 

Жизнь и идеологические взгляды Лапласа

Гипотеза Лапласа, последовавшая за гипотезой Канта, во Франции гораздо более широко известна и имеет большое научное значение, что обусловлено личностью ее автора. Действительно, Кант был гениальным философом, но не специалистом в математике, тогда как Лаплас был замечательным астрономом, механиком и физиком.

Пьер-Симон Лаплас (1749–1827), выходец из довольно скромной семьи, благодаря своим исключительным способностям очень рано приобрел известность в научном мире. Что касается его политических взглядов, то сначала он был решительным приверженцем французской революции и в отдельных страницах его научных трудов чувствуется сильное влияние материализма, захватившее французских философов XVIII в. Заслуженной известностью пользуется его критика теологических воззрений Ньютона. На рассуждения английского ученого, в которых тот при объяснении возникновения солнечной системы и ее кажущейся неизменности доказывает необходимость вмешательства бога, Лаплас в своем «Изложении системы мира» отвечает в следующих словах:

«Прослеживая историю прогресса человеческого разума и его ошибок, мы заметим, как так называемые „конечные причины“ постепенно отступают за границы наших знаний. Эти „причины“, которые Ньютон переносит в солнечную систему, были в свое время помещены в атмосферу и применялись для объяснения метеоров. В глазах философов они есть не что иное, как выражение нашего незнания о действительных причинах…».

«Наибольшая задача астрономии, — пишет Лаплас далее, в конце этого произведения, — заключается в том, чтобы рассеять страх и раскрыть ошибки, произошедшие вследствие незнакомства с нашими взаимосвязями с природой».

Здесь уместно напомнить об известном анекдоте, затрагивающем философские взгляды Лапласа. Лаплас подарил Наполеону, бывшему тогда первым консулом, первое издание своей «Системы мира», где была изложена его космогоническая гипотеза. Прочитав книгу, Наполеон заметил автору: «Ньютон говорил о боге в своей книге. Я уже просмотрел вашу, но не встретил ни одного раза имени бога». Лаплас ответил: «Гражданин первый консул, я не нуждался в этой гипотезе».

К сожалению, Лаплас не сохранил свои последовательно материалистические взгляды до конца жизни. Возведенный в дворянство Наполеоном, а затем Людовиком XVIII, он стал совершенным образцом ученого-конформиста, способного ко всякой пошлости и готового что угодно отрицать ради лишней орденской ленты или нового почетного титула.

Космогоническая гипотеза Лапласа

В своей гипотезе Лаплас критикует как Ньютона, так и Бюффона; первого за то, что он допускает вмешательство бога, второго — за научные ошибки, о чем мы уже говорили выше. Он не говорит о Канте, гипотеза которого ему не была известна, по цитирует В. Гершеля, выводами которого, довольно близкими к выводам Канта, Лаплас в ряде случаев вдохновлялся.

Лаплас прежде всего ограничивает свою задачу попытками объяснения происхождения планет солнечной системы, оставляя в стороне другие проблемы, например, относящиеся к происхождению и жизни звезд. В своей гипотезе он исходит в основном из следующих фактов:

1) планеты движутся вокруг Солнца, оставаясь примерно в одной и той же плоскости и обращаясь в одном и том же направлении (называемом прямым направлением);

2) движение спутников вокруг планет происходит в том же направлении;

3) орбиты всех этих небесных тел близки по своей форме к окружностям;

4) Солнце, планеты и их спутники обладают собственным вращением, происходящим также в прямом направлении.

В начале главы II, где мы говорили уже об этих замечательных фактах, мы отметили, что в отношении пунктов 2 и 4 имеются некоторые исключения. Эти случаи во времена Лапласа еще не были известны, так что Лаплас не мог предвидеть этих первых возражений из тех, которые позже стали выдвигать против его теории.

Лаплас предположил, что на месте солнечной системы находилась некогда очень большая туманность, обладающая весьма небольшой плотностью и очень высокой температурой. Эта туманность вращалась в прямом направлении вокруг оси, проходящей через ее центр. В результате охлаждения эта туманность начала сжиматься. Но по мере того, как размеры туманности уменьшались, она должна была согласно законам механики вращаться все быстрее и быстрее. Материальные частицы, наиболее удаленные от оси вращения, т, е. те, которые помещались на краю туманности в ее экваториальной плоскости (плоскости, перпендикулярной к оси вращения и проходящей через центр), находились под действием все возрастающей центробежной силы. Они стремились все более и более удалиться от оси вращения и отделиться от соседних частиц. Точно так же привязанный к концу веревки камень оказывает на держащую веревку руку тем большее усилие, чем быстрее происходит вращение. По опыту известно, что слабая рука не всегда может удержать при этом камень. Согласно Лапласу в определенный момент центробежная сила становится больше силы, с которой вся туманность притягивает отдельные частицы к своему центру по закону всемирного тяготения; тогда наиболее удаленные от центра туманности частицы отделяются от нее. В приведенном выше для сравнения опыте камень уже не будет ничем удерживаться и далеко отлетит в сторону как при обычном броске; но отделившиеся частицы туманности, притягиваемые всей ее массой, будут продолжать обращаться вокруг ее центра в прямом направлении, находясь именно на том расстоянии, на котором притяжение к центру уравновешивается центробежной силой. По мере того, как туманность сжималась и становилась все более плотной, от нее отделялись в экваториальной плоскости газовые кольца, и туманность оказывалась окруженной целым рядом концентрических вращающихся колец. Из оставшейся массы первоначальной туманности в конце концов образовалось Солнце; из колец в свою очередь образовались планеты.

«Если бы молекулы газового кольца только постепенно сгущались и не отделялись друг от друга, то тогда, — говорит Лаплас, — образовалось бы сплошное жидкое или твердое кольцо».

Но такой случай очень редок, и Лаплас указывает лишь на единственный известный пример кольца Сатурна. Как мы увидим ниже, этот пример весьма неудачен. В общем же случае кольца, согласно Лапласу, распадаются на отдельные сгущения, а эти сгущения в конце концов притягиваются и «поглощаются» наибольшими из них. (Исключение составляет лишь то кольцо, из которого образовались малые планеты, обращающиеся между орбитами Марса и Юпитера.) Таким путем возникают местные сгущения, вращающиеся в прямом направлении, из которых впоследствии образуются планеты вместе со спутниками благодаря тому же процессу, какой привел к возникновению из первоначальной туманности планетных сгущений.

Наконец, кометы не имеют никакого отношения к первоначальной туманности. Солнечная система целиком «захватила» их при случайных встречах. Отсюда и вытянутость их орбит в плоскостях, весьма различно наклоненных к плоскости эклиптики (являющейся, грубо, говоря, и экваториальной плоскостью туманности, и плоскостью обращения планет).

Такова в основных своих чертах гипотеза Лапласа, которая пользовалась огромной известностью и является до сих пор единственной, упоминаемой во Франции в многочисленных популярных книгах и даже учебниках. Она подвергалась критике и многим изменениям в течение прошлого века и, как мы увидим ниже, в настоящее время целиком оставлена.

Видоизменения гипотезы Лапласа

В течение всего XIX в. наука продолжала развиваться ускоренными темпами одновременно с техникой, с которой она столь тесно связана. Теоретические и наблюдательные основы гипотезы Лапласа стали подвергаться непрерывной критике. Был выдвинут целый ряд новых гипотез, приведших, наконец, в начале XX в. к гипотезе Джинса.

Сначала сохраняли основную идею Лапласа о том, что солнечная система образовалась из остывающей вращающейся туманности, от которой отделялись газовые кольца, и уточняли процесс сгущения этих колец в планеты и спутники (работы Максвелла, Роша, Дж. Дарвина. Только гораздо позднее была признана недостаточность основной предпосылки Лапласа — существование охлаждающейся газовой туманности.

Сгущение газовых колец

Лаплас предполагал, что каждое из колец, отделившееся от охлаждающейся туманности, затем распадается на несколько частей, постепенно соединяющихся друг с другом и образующих туманность — «зародыш» планеты, — вращающуюся вокруг своей оси в прямом направлении. Последующие работы математиков привели к заключению о том, что эти туманности должны были бы обладать, по крайней мере вначале, обратным вращением.

В то же самое время обнаружили, что Уран имеет обратное вращение и в том же направлении обращаются его спутники; обратное обращение имеют и некоторые спутники Сатурна и Юпитера, а также один из спутников Нептуна. Выяснилось также, что кольца Сатурна не имеют того строения и не обладают тем вращением, которые им приписывал Лаплас. Становилось очевидным, что необходимо отказаться от теории сгущения газовых колец.

Силы приливного трения

Таким образом, необходимо было прежде всего объяснить, почему в солнечной системе в большинстве случаев имеет место не обратное, а прямое вращение. В связи с этим мы должны рассказать о действии сил приливного трения, играющих важную роль во многих современных космогонических теориях. О роли приливного трения впервые догадался Кант. Сам Лаплас искал в этих силах причину, почему Луна обращена к Земле всегда одной своей стороной.

Напомним сначала в нескольких словах о существе явления приливов. Четыре пятых поверхности земного шара покрыты водой. Эта масса воды, как и Земля в целом, испытывает притяжение со стороны Луны и Солнца (притяжением Солнца мы для упрощения изложения будем пренебрегать). В то время как земная кора деформируется под влиянием этого притяжения очень мало, водная оболочка Земли подвергается гораздо более значительной деформации. Можно считать, что твердая часть земного шара притягивается Луной как единое целое и каждая ее частица притягивается точно так же, как частица, помещенная в центр Земли. Напротив, частица воды испытывает со стороны Луны переменное притяжение, меняющееся в зависимости от изменения расстояния этой частицы от Луны. Водный массив океанов, находящийся ближе всего к Луне, притягивается сильнее, чем центр земного шара. Воды же океанов, наиболее удаленные от Луны, испытывают меньшее притяжение, чем центр Земли. Вследствие этого поверхность океанов приобретает не точно сферическую форму: вблизи наиболее близкой к Луне и наиболее далекой точек образуются так называемые приливные выступы (рис. 9 и 10). Если бы Земля была всегда обращена к Луне одной и той же стороной, т. е. делала один оборот за 27 суток 8 часов, эти приливные выступы сохраняли бы постоянное положение по отношению к материкам. Но поскольку наша Земля делает оборот за 23 часа 56 минут, приливные выступы меняют в течение суток свое положение, перемещаясь по поверхности океанов навстречу вращению Земли. Поэтому наблюдаются приливы (высокая вода) и отливы (низкая вода).

Это явление значительно осложняется движением Луны вокруг Земли, а также притяжением Солнца. Большую роль играет также форма берегов океанов и то обстоятельство, что Земля в своем вращении увлекает за собой приливные выступы.

Очень важно отметить, что приливы тормозят вращение Земли вокруг оси. Приливные выступы, о которых мы только что говорили, стремятся расположиться на линии, соединяющей центр Земли и центр Луны. Но вследствие того, что Земля увлекает при своем вращении эти выступы, они значительно отклоняются от этой линии (примерно на 45° у берегов Франции). Притяжение Луны стремится возвратить выступы на линию между центрами Земли и Луны и таким образом замедляет вращение Земли.

Рис. 9. Положения приливных выступов на поверхности океанов в том случае, если бы Земля была всегда обращена к Луне одной и той же стороной

Конечно, «непосредственные» последствия этого торможения чрезвычайно малы (продолжительность суток увеличивается согласно вычислениям на одну секунду за 100 тысяч лет), однако на протяжении весьма длительных периодов времени, например, таких, какие необходимы для образования планет, приливное торможение может приводить к важным последствиям.

Рис. 10. Действительное положение приливных выступов. Так как выступ А более близок к Луне, чем выступ В, то А притягивается нашим спутником сильнее, чем В. Это притяжение стремится возвратить А и В на линию, соединяющую центры Земли и Луны, поворачивая, таким образом, Землю в направлении, противоположном собственному ее вращению

Добавим также, что одной из причин этого торможения являются по всей видимости внутренние приливы, происходящие во внутренних областях земного шара, которые состоят, очевидно, из вязкого и не абсолютно твердого вещества.

Именно торможение вследствие внутренних приливов было выдвинуто в качестве механизма, позволяющего объяснить в рамках гипотезы Лапласа изменение направления вращения планет. Газовые или жидкие массы, из которых образовались планеты, обладали сначала обратным вращением. Поскольку они еще не затвердели, то они имели вытянутую форму, аналогичную форме водной оболочки Земли. Такая деформация была весьма значительной, так как она вызывалась приливным воздействием Солнца. Собственное вращение каждой планеты увлекало за собой образовавшиеся приливные выступы. Кроме того, происходили значительные внутренние приливы, которые сопровождались не менее значительным трением между различными слоями планеты, находящимися на разной стадии охлаждения или конденсации. Эти исключительно мощные процессы, о которых наши теперешние приливы в океанах могут дать лишь очень слабое представление, продолжались в течение очень долгого времени.

В результате действия приливных сил в большинстве случаев могло произойти такое изменение характера вращения планеты, что приливные выступы стали все время удерживаться на линии, соединяющей центры планет и Солнца. В этот момент планета была обращена к Солнцу всегда одной и той же стороной подобно тому как Луна вследствие тех же причин обращена всегда одной стороной к Земле. При этом планета делала один оборот вокруг своей оси за то же самое время, в течение которого она обращалась вокруг Солнца, и направление вращения было, естественно, такое же, как и направление движения вокруг Солнца, т. е. прямое. Если к этому моменту планета затвердела, то этот характер ее вращения мог сохраняться долгое время. Если же, напротив, охлаждение и сжатие планеты продолжалось, то скорость вращения должна была, согласно законам механики, увеличиваться, и для одного оборота планеты требовалось все меньше и меньше времени.

В соответствии с этим объяснением такая удаленная от Солнца планета, как Уран, гораздо менее подвергалась влиянию приливных сил и потому она смогла сохранить обратное направление вращения. Все другие планеты вращаются в прямом направлении. Результаты наблюдений позволяют высказать предположение о том, что Меркурий, наиболее близкая к Солнцу планета, остался на промежуточной стадии эволюции, поскольку он всегда обращен к Солнцу одним своим полушарием. Подобная теория формирования планет из раскаленной газовой массы была развита главным образом Дж. Дарвином. Как мы увидим в следующей главе, в последних космогонических гипотезах от нее отказались. В новейших гипотезах предполагается, что планеты образуются путем сгущения холодных пылевых частиц. Однако значительная роль приливных сил остается неоспоримой. Именно их действием объясняют тот факт, что Меркурий обращен к Солнцу, а Луна к Земле всегда одной и той же стороной.

 

IV. Гипотеза Джинса

В то самое время, когда гипотеза Лапласа подвергалась видоизменениям, техника, прикладные и так называемые «чистые» пауки переживали исключительно быстрый прогресс. Более глубокие математические и физические теории, более точные астрономические наблюдения способствовали тому, что проблемами космогонии начало интересоваться все большее количество ученых. Девятнадцатый век оказался очень богатым на новые и смелые гипотезы о происхождении миров. Правда, хотя эти гипотезы (в частности, гипотезы Фая, Лигондеса, Аррениуса) нередко способствовали выяснению некоторых сторон проблемы происхождения солнечной системы, в настоящее время они в основном уже оставлены. Те наблюдательные и теоретические сведения, на которые опирались авторы этих гипотез, содержали еще слишком много неуверенного и ошибочного.

Начало XX в. ознаменовалось новыми открытиями (в отношении вращения газовых масс, эволюции звезд и т. д.), которые пробудили самые большие надежды. Представлялось возможным расширить слишком узкие рамки космогонии, ограничивающей себя только солнечной системой и рассмотреть всю проблему эволюции вселенной в целом.

В 1916 г. английский астроном Джинс выдвинул гипотезу, которая, казалось, давала ответ на большинство нерешенных вопросов. В течение 15 лет эта гипотеза пользовалась бесспорным успехом. Ее авторитет был настолько велик, что, несмотря на ее различные ошибки, она оказала значительное влияние на все последующее развитие космогонии. Следовательно, мы не можем на ней не остановиться.

Критика Джинсом гипотезы Лапласа

Прежде всего Джинс установил следующее:

1) если газовое сгущение обладало такой большой скоростью собственного вращения, какую предполагал Лаплас, то от него не могли бы отделяться газовые кольца, а оно просто разлетелось бы в разные стороны подобно разорвавшемуся маховику, и, следовательно, наша планетная система образоваться из него не могла;

2) исходя из фактических данных о скоростях движений в солнечной системе, можно утверждать, что Солнце никак не могло когда-либо обладать этой критической скоростью вращения.

Вместе с тем Джонс считал, что явления, с помощью которых Лаплас объяснял происхождение солнечной системы, имели место во вселенной, но происходили в гораздо более крупном масштабе. А именно, по мнению Джинса, гипотеза Лапласа позволяет понять, как из спиральных туманностей образовались звезды.

От спиральных туманностей к звездам

Джинс начал с детального изучения условий существования небесных тел. Для того чтобы сгущение газовой материи было устойчивым (в случае очень малой плотности сгущения), т. е. для того, чтобы собственное (тепловое) движение молекул не могло преодолеть притяжения всего сгущения в целом и привести к рассеянию газа в межзвездном пространстве, необходимо, чтобы сгущение обладало достаточно большими размерами и массой (тем большими, чем меньше его плотность).

Новейшие астрофизические исследования позволили оценить (конечно, довольно грубо) порядок величины средней плотности вещества в пространстве. Эта плотность, т. е., например, количество массы в граммах на кубический сантиметр при условии, что все небесные тела были бы «размолоты» и рассеяны равномерно во вселенной, исключительно мала. Учитывая этот результат, Джинс нашел, что размеры устойчивых сгущений, которые могут образоваться внутри столь разреженной среды, как раз сравнимы с размерами наблюдаемых спиральных туманностей.

Оставляя в стороне вопрос о самом происхождении спиральных туманностей, мы перейдем к изложению точки зрения Джинса на эволюцию одного из таких больших сгущений с массой, превышающей в миллиарды раз массу Солнца.

Согласно Джинсу эти большие сгущения (туманности) имеют сначала примерно сферическую форму. Некоторые отклонения от симметрии в процессе образования туманности приводят к возникновению вращательного движения, которое сообщает туманности форму слегка сплющенного апельсина. В то же самое время туманность сгущается под влиянием сил тяготения, скорость вращения увеличивается и, следовательно, туманность все более сплющивается. Скорость движения молекул вблизи внешней границы туманности может достичь нескольких сот километров в секунду. В экваториальных областях центробежная сила преодолевает силу притяжения, от туманности отделяется вещество, образуя спиральные рукава, окружающие центральное ядро (конечно, туманность не может разлететься в разные стороны по причине своей малой плотности). В свою очередь спиральные рукава распадаются на новые сгущения меньших размеров и большей плотности, превращающиеся в звезды.

Рис. 11. Большая спиральная туманность М31 в созвездии Андромеды, находящаяся на расстоянии 1 700 000 световых лет от нас. В ясные ночи ее можно наблюдать невооруженным глазом в виде маленького светлого пятна

На всю совокупность этих процессов требуется согласно Джинсу исключительно большое время, измеряемое по крайней мере триллионами лет.

Двойные звезды

По поводу происхождения двойных звезд Джинс высказал очень смелую гипотезу, рискованность которой он сам признает. Согласно этой гипотезе звезды каждой пары имеют общее происхождение и должны, по-видимому, образоваться из одной звезды.

Рис. 12. Спиральная туманность NGG 4596, видимая почти «с ребра»

Джинс предполагает, что вещество большинства, если не всех, звезд находится в таком состоянии, что оно обладает свойствами жидкости (гипотеза «жидких звезд»). Далее он старается обосновать, что жидкая масса, обладающая быстрым вращением, может разделиться на два отдельных тела. Объяснив таким образом происхождение двойных звезд, Джинс рассматривает дальнейшую их эволюцию с учетом действия тяготения, приливных сил и потери массы за счет излучения. Между прочим, он приходит к выводу, что звезды пары должны постепенно удаляться одна от другой. Наконец, некоторые звезды пары делятся в свою очередь, благодаря чему образуются «подсистемы», т. е. кратные системы, состоящие из трех и большего числа звезд.

Происхождение планетной системы

Согласно Джинсу процесс формирования планетной системы представляет в жизни звезды гораздо более редкое явление, чем деление одной звезды на две. Он объясняет образование планет солнечной системы следующим образом.

В начале Солнце было звездой, которая нормально проходила первые стадии своей эволюции. Однако несколько миллиардов лет назад вблизи Солнца прошла очень близко другая, по-видимому, более крупная звезда. Джинс уточняет, что она должна была приблизиться к Солнцу на расстояние, меньшее трех солнечных диаметров. Такое сближение привело к возникновению на обеих звездах гигантских приливных выступов, с которыми наши приливы на Земле не могут идти ни в какое сравнение.

Огромные горы раскаленного вещества, образовавшиеся таким образом на Солнце, все больше росли по мере приближения возмущающей звезды и, наконец, от Солнца оторвался длинный газовый «рукав». Эта струя материи продолжала обращаться вокруг Солнца под влиянием притяжения к нему, в то время как звезда, вызвавшая это явление, продолжала свой путь и удалилась (в настоящее время уже невозможно найти на небе эту звезду).

Можно заметить, что эта гипотеза не очень сильно отличается от гипотезы Бюффона, который предполагал столкновение между Солнцем и кометой… Правда, Джинс не хочет рассматривать случай настоящего столкновения двух звезд по причине крайне малой вероятности подобного события. Однако, если учесть, что расстояния между звездами измеряются вообще триллионами километров, то и такое сближение, какое предполагает Джинс, является чрезвычайно редким событием.

Струя отделившейся от Солнца материи не могла быть устойчивой. Она распалась на отдельные сгущения, причем самые маленькие притягивались и поглощались самыми крупными. Таким путем и образовались планеты, обращающиеся вокруг Солнца в том же направлении, в каком обращалась первоначальная струя материи. Это направление и есть прямое. Собственное вращение планет происходило сначала в обратном направлении и изменение направления вращения в большинстве случаев обязано действию приливных сил.

Что касается спутников, то Джинс предполагает, что они отделились от планет таким же образом, каким отделились от Солнца сами планеты. Приливное воздействие Солнца на каждую планету приводило к извержению из планеты струи материи.

Остается объяснить (здесь мы сталкиваемся с теми же возражениями, какие были сделаны Лапласом Бюффону), почему орбиты планет вокруг Солнца и орбиты спутников вокруг планет близки к кругам. Действительно, согласно законам механики орбиты тел, образованных описанным образом вследствие воздействия на Солнце проходящей звезды, должны были бы быть вытянутыми. Однако Джинс предполагает, что сгущение в планеты вещества, выброшенного из Солнца, произошло не сразу. Таким образом, планеты (и спутники) сначала двигались сквозь остатки пыли и газа, оказывающие некоторое сопротивление их движению. В результате этого сопротивления орбиты планет постепенно приняли нынешнюю форму, мало отличающуюся от круговой.

Малые планеты и кометы

Джинс, как и Лаплас, предполагал, что кометы во время их движения в небесном пространстве были притянуты и затем захвачены солнечной системой. Что касается малых планет, из которых почти все располагаются между орбитами Марса и Юпитера, то Джинс также принял прежнюю гипотезу и утверждал, что они представляют собой осколки распавшейся большой планеты. Эта планета некогда прошла очень близко около Юпитера, и его приливные силы разорвали ее на тысячи кусков. Джинс опирался в этом вопросе на работы французского астронома Роша, согласно исследованиям которого (1850) для каждой планеты существует так называемое критическое расстояние. Любой спутник или любое небесное тело, приблизившееся к более массивной планете ближе, чем на это критическое расстояние, должны, если они более или менее затвердели, разрушиться под действием приливных сил. Рош, в частности, объяснял таким образом происхождение знаменитого кольца Сатурна.

Крушение гипотезы Джинса

Для того чтобы увидеть, что почти все предположения, из которых исходил Джинс, противоречат наблюдаемым фактам, достаточно сослаться на материал главы II.

а) Противоречия в отношении эволюции галактик. Первые затруднения возникают в связи с вопросом об эволюции галактик. С трудом поддавалось объяснению существование спиральных рукавов, и этот вопрос тревожил Джинса настолько, что он однажды высказал предположение, что эти рукава могли быть вызваны проникновением в наше пространство материи из некоторого непознаваемого для нас «внешнего мира» (обладающего, например, дополнительным измерением)!

С другой стороны, тяжелый удар был нанесен теории Джинса более точными оценками возраста спиральных туманностей. Действительно, как мы уже видели (стр. 55), в настоящее время галактикам (и в том числе нашему Млечному Пути) приписывают возраст в сотни и тысячи раз меньший того, который выводил Джинс на основании своих ошибочных статистических подсчетов.

Шведский ученый Линдблад и другие астрономы пытались построить математическую теорию, лучше объясняющую истечение материи в спиральные рукава. Согласно этой теории истечение имеет колебательный характер с очень длинным периодом и происходит как бы последовательными волнами. По мнению этих ученых, именно поэтому образовались довольно правильно расположенные уплотнения, наблюдаемые в спиральных рукавах многих галактик.

Рис. 13. Спиральная туманность М51 в созвездии Гончих Псов

Гипотеза Линдблада имела то преимущество, что допускала более быструю эволюцию галактик.

Но даже после таких видоизменений гипотеза Джинса об эволюции спиральных туманностей была оставлена, как только обнаружили, что сферические галактики не являются газовыми, а состоят из очень большого числа звезд и что они, по-видимому, соответствуют конечной, а не начальной стадии развития. Действительно, если вначале галактики обладают неправильной формой, и если на последнем этапе они приобретают значительную плотность и сферическую форму (в соответствии с принятой сейчас точкой зрения), то соображения Джинса об эволюции спиральных туманностей не имеют под собой никаких оснований.

б) Противоречия в отношении двойных звезд. Гипотезе образования двойных звезд путем деления одной звезды посчастливилось не в большей мере. Все последние данные о внутреннем строении звезд показали, что гипотеза Джинса, т. е. гипотеза «жидких звезд», мало обоснована. Более того, на основании данных о скорости собственного вращения звезд в двойных системах было установлено, что звезда — «прародительница» должна была бы иметь во многих случаях такую скорость вращения, которая никогда не наблюдается в действительности. Напомним, наконец, что В. А. Амбарцумян показал, что все оценки Джинсом возраста двойных систем преувеличены в тысячу раз (стр. 55).

в) Противоречия в отношении планетных систем. В этом пункте идеи Джинса вступили в наиболее резкое противоречие с фактами. Джинс торжественно утверждал в 1929 г. не без некоторого намеренного преувеличения: «Для продолжительности существования в несколько триллионов лет эта вероятность (того, что звезда обладает системой планет. — Я. Л.) не более 1: 100 000».

И вот первые результаты, полученные после 1943 г. при изучении неправильностей в движениях двойных звезд, привели к мысли о том, что, возможно, каждая десятая звезда окружена планетами. Теория извержения струи материи под влиянием притяжения возмущающей звезды совершенно неспособна объяснить такую распространенность планетных систем.

С другой стороны, американский астроном Спитцер теоретически показал, что струя материи, рассматриваемая Джинсом, не могла сгуститься в планеты при тех же условиях, в которых она должна была образоваться.

Таким образом, от гипотезы Джинса о происхождении небесных тел осталась лишь идея о возможности образования планет из газовых сгущений. Но и эта идея требует пересмотра в свете последних открытий.

 

V. Конец солнечной системы

Пунктом, который, пожалуй, менее устарел в теориях Дж. Дарвина, Джинса и других ученых той эпохи, является описание конца солнечной системы. В этом вопросе существенным является, с одной стороны, учет приливных сил, объясняющих замедление вращения Земли, и, с другой стороны, учет потери энергии солнечного излучения, позволяющий предвидеть срок гибели всей солнечной системы.

Удлинение земных суток

Как мы уже видели, приливное трение замедляет собственное вращение Земли. Это замедление кажется ничтожным: длина суток (время, необходимое для одного оборота Земли) увеличивается на одну секунду лишь за 100 000 лет. Однако, если учесть, что жизнь небесных тел измеряется миллиардами лет и что величина замедления возрастает со временем, то изменение скорости вращения Земли может оказаться очень значительным. Согласно Дж. Дарвину наступит момент, когда Земля будет делать один оборот вокруг своей оси за то же время, какое необходимо Луне для одного оборота вокруг Земли.

Как отметил Энгельс, первым, кто обратил внимание на все значение этого явления, был Кант, «который, — писал Энгельс, — своей небулярной теорией уже выдвинул положение о возникновении солнечной системы, а открытием замедляющего влияния морских приливов на вращение земли указал на неизбежную гибель этой (солнечной. — П. Л.) системы».

Возвращаясь к этому вопросу в «Диалектике природы», Энгельс уточняет характер действия приливных сил, вполне справедливо замечая, что эти силы, вследствие существования внутренних приливов, воздействуют па все вещество небесных тел, а не только на водную оболочку, как это полагал Кант: «Притяжение луны и солнца действует не только на жидкие массы земного шара или его поверхности, но вообще на всю массу земли, тормозя ее вращение».

Дж. Дарвин, обращая внимание на относительно большую массу Луны (составляющую 1/80 массы Земли, в то время как для других спутников это отношение гораздо меньше), делает вывод в пользу гипотезы об отделении Луны от Земли под влиянием приливных сил Солнца.

Согласно гипотезе Дж. Дарвина во всех аналогичных системах после деления одной первоначальной массы на две взаимное действие образовавшихся двух небесных тел сначала приводит к их удалению друг от друга и постепенному уравниванию скоростей их собственного вращения, после чего эти небесные тела должны быть обращены друг к другу всегда только одной своей стороной. Колоссальное приливное воздействие, оказываемое некогда Землей на Луну, уже привело к тому, что Луна обращена к Земле всегда одним своим полушарием. В настоящее время приливы, производимые Луной на Земле как в океанах, так и во внутренних частях Земли, тормозят суточное вращение земного шара. В то же время Луна удаляется от Земли и период ее обращения вокруг Земли увеличивается. Эти различные эффекты проявляются, конечно, весьма и весьма медленно, но в конце концов, как мы уже замечали, приобретут очень большое значение.

Правда, дальнейшие исследования показали, что предположение Дарвина о возможности отделения Луны от Земли оказалось неверным: Луна не могла отделиться от Земли. Однако гипотеза Дж. Дарвина осталась в целом приемлемой в той ее части, которая касается объяснения замедления собственного вращения Земли и Луны вследствие существования приливного трения.

Само собой разумеется, что были попытки представить то, что должно произойти в еще более далеком будущем. Проблема является далеко не простой, поскольку нельзя проанализировать со всей точностью детали механизма торможения. Мы приведем данные о промежутках времени и о периодах вращения, которые были получены английским астрономом Джеффрейсом. Конечно, к этим данным следует относиться как к весьма приблизительным.

Согласно вычислениям Джеффрейса через 50 миллиардов лет продолжительность земных суток станет равной периоду обращения Луны вокруг Земли. Такую же продолжительность будет иметь период собственного вращения Луны, удаленной от Земли на значительное расстояние. Земля будет обращена к Луне всегда одним своим полушарием. Продолжительность суток будет тогда в 47 раз больше, чем в наше время. Эти изменения, как можно без труда видеть по приведенным числам, были и будут оставаться совершенно незаметными на протяжении одной человеческой жизни. Только тщательное изучение движения Луны позволяет в настоящее время обнаружить этот факт. Несомненно, что человечество не будет иметь возможности увидеть завершение этих перемен. Если принять результаты Бете, то Солнце перестанет излучать самое большее через 18 миллиардов лет. К этому времени продолжительность суток увеличится всего в 15 раз. Учитывая исключительную медленность этих изменений, кажется вероятным, что научный и технический прогресс поможет человечеству и, возможно, некоторым видам животных приспособиться к такому удлинению суток и связанным с этим большим изменениям климата.

Смерть Солнца

С течением времени Солнце, которое является уже далеко не молодым, будет продолжать расходовать свой водород. Внешняя температура Солнца и его излучение сначала еще будут поддерживаться благодаря ядерным реакциям, происходящим в его недрах, но затем водорода будет становиться все меньше и меньше, и примерно через 15–20 миллиардов лет Солнце, по-видимому, будет находиться на пороге своей смерти. Поверхностная температура Солнца должна резко уменьшиться. О дальнейшем ходе эволюции Солнца можно делать лишь крайне необоснованные предположения.

Будущее человечества

Удлинение суток и, в особенности, изменения температуры Земли приведут к глубоким изменениям условий существования на нашей планете. Джинс предполагает, что человечество может избежать медленной гибели на обледеневшей планете, переселившись на планеты, более близкие к Солнцу. Напротив, если предположить, что Солнце сначала увеличит намного свое излучение, то люди должны будут (к счастью, в срок еще весьма далекий) сначала переселиться на Марс или на еще более далекие планеты… Но несколько миллиардов лет спустя люди должны будут снова приблизиться к Солнцу, еще не погасшему, чтобы на этот раз избежать замерзания. Реализация этих межпланетных путешествий казалась несколько лет назад в высшей степени проблематичной. Недавний прогресс ракетной техники, необъятные возможности, открываемые на пути использования атомной энергии, делают подобные путешествия гораздо менее невероятными.

Но в равной мере возможно, что новые источники энергии, используемые человеком, позволят ему успешно противостоять небесным катастрофам, которые ему угрожают, и оставаться таким образом еще более длительное время на Земле. Впрочем, кто знает, какие другие замечательные изобретения будут осуществлены в будущем! И если когда-нибудь, несмотря на все новые открытия, которые можно с полным основанием предвидеть, человечество очутится перед лицом истощения энергии Солнца и обледенения планет, обращающихся вокруг мертвой звезды, почему нельзя иметь в виду, как это сделал Поль Ланжевен, долгие межзвездные путешествия (которые могли бы длиться в течение поколений) с целью переселения на другие планетные системы вокруг еще активной звезды.

 

I. Общий характер

В капиталистических странах

Крах теории Джинса привел к тому, что появилось множество новых космогонических гипотез. В частности, большая распространенность планетных систем в системах — двойных звезд побудила многих астрономов попытаться объяснить образование планет таким же путем, как и образование двойных звезд. Однако исследования в большинстве стран, за исключением СССР, удалились довольно быстро от тех принципов, которыми руководствовался в свое время Лаплас и которые Джинс пытался применить к более широким проблемам. Для Джинса, как и для Лапласа, основной базой космогонических теорий служили наблюдательные факты. Правда, у Джинса, с одной стороны, уже проявлялась тенденция к креационизму (например, в вопросе о мнимой крайней редкости планетных систем), а с другой стороны, он давал иногда слишком большую волю своему воображению и занимался построением хотя и удобных, но произвольных и очень мало обоснованных гипотез. Примером может служить его гипотеза «жидких звезд».

В последующий период, продолжающийся до сегодняшнего дня, эти тенденции, — речь идет о капиталистических странах, — необычайно усилились. Глубокие причины такого положения мы рассмотрим подробно в третьей части. Но уже здесь мы должны привести характерный пример недавно появившейся теории так называемой «расширяющейся вселенной». Этой теорией широко пользуются для доказательства того, что несколько миллиардов лет назад имело место настоящее «рождение вселенной», что основывается почти целиком на формальных соображениях, причем математический аппарат слишком часто заменяет необходимые наблюдения. Строя свои теории в таком духе, большинство современных ученых в капиталистических странах стали прибегать при объяснении происхождения небесных тел к обширным построениям главным образом математического характера, нередко смелым и оригинальным, но весьма далеким от фактов.

Столь специфический характер этих исследований позволяет понять, почему многие ученые перестали в них видеть что-нибудь иное, кроме игры ума. Английский физик Эддингтон в статье, цитируемой ниже, говорил об одной новой гипотезе, как об увлекательной экскурсии в область игры, а биолог Холдейн называет космогонические идеи, которыми он желал бы пополнить последние гипотезы Милна, «браконьерством на охотничьем участке Милна». Нет ничего удивительного, что в этих условиях наряду с серьезными работами появляется все большее число отдельных гипотез, противоречащих друг другу и противоречащих — и это является более важным — многочисленным фактам, что, по-видимому, совсем не беспокоит авторов этих гипотез.

Таким образом дух, которым проникнуты крупные космогонические гипотезы, все более и более отражает недостатки упадочнической идеологии буржуазии — среды, где живет большинство ученых капиталистических стран. Скептицизм, крайний индивидуализм, возврат к мистике, стремление выдвигать на первый план сведения, получаемые на основании построения ума, а не наблюдений, — вот что свойственно им.

Вместе с тем заметим, что в тот самый момент, когда столько ученых увлекаются формальными спекулятивными построениями, прогресс науки за последнее время снабжает добросовестных исследователей все возрастающим количеством ценнейших фактических данных.

В Советском Союзе

Это парадоксальное и никогда еще не имевшее места в истории науки противоречие между огромным накоплением наблюдательных фактов, могуществом отдельных физических теорий и недостаточностью и произвольностью широких космогонических гипотез могло найти подлинное разрешение только в СССР, в единственной стране, где наука, находящаяся на службе социалистического общества, целиком сохранила свой прогрессивный характер. Это является результатом работ, выполненных, в частности, советскими учеными последних поколений, воспитанных в духе марксизма. Их позиция была уточнена в ходе конференции по идеологическим вопросам астрономии, состоявшейся в 1948 г. в Ленинграде и собравшей несколько сот участников.

Одной из отличительных черт этой конференции была научная осторожность.

«Мы не имеем в настоящее время какой-либо космогонической гипотезы, которая могла бы быть рекомендована безоговорочно для популяризации», — заявил в своем выступлении профессор К. Ф. Огородников.

Но окончательная резолюция, принятая конференцией, ясно показывает, что эта осторожность, о которой слишком часто забывают в других странах, не дает никакого повода для уныния:

«Особое внимание следует обратить на разработку космогонических проблем, имеющих огромное значение в деле борьбы за материалистическое мировоззрение и, прежде всего, на вопрос о происхождении Земли; этот вопрос, помимо его идеологической важности, весьма существен и для наук, имеющих большое прикладное значение (геология, геофизика, геохимия, география)».

Резолюция говорит о необходимости борьбы против математического формализма и против всех теорий, пытающихся на основании теории расширяющейся вселенной подтолкнуть нас окольным путем к признанию творения. Напомнив о замечательных результатах, уже полученных многими советскими учеными, и критикуя некоторые другие, страдающие излишним формализмом, резолюция настаивает на необходимости тесного сотрудничества между всеми, кто занимается космогоническими проблемами, — как между астрономами (прежде всего), так и между астрономами и представителями смежных наук. Индивидуализму многих ученых буржуазных стран, которые забывают о глубоком единстве науки, резолюция противопоставляет необходимую и плодотворную коллективную работу. И в самом деле, весьма характерно, что последние работы советских ученых появляются все чаще как коллективные труды, предпринятые группами ученых, ведущих совместные исследования в определенном направлении.

Конференция в Ленинграде дала, таким образом, новый толчок советской космогонии. Это целиком покажут последующие страницы, где мы рассмотрим, главным образом, три проблемы, решение которых более всего продвинулось вперед: эволюция звезд, их происхождение и происхождение планетных систем.

 

II. Эволюция звезд

Значение неустойчивого состояния

Когда Бете опубликовал накануне второй мировой войны свою теорию, многие астрономы полагали, что превращение водорода в гелий позволит без труда объяснить эволюцию звезд. Излучение звезды сопровождается медленной потерей массы. С уменьшением массы звезды уменьшается также ее светимость (см. стр. 36), так что точки, изображающие положение звезды на диаграмме Рессела, должны в общем спускаться вниз по различным ветвям этой диаграммы (см. рис. 3, стр. 34).

Однако быстро обнаружилось, что все это не так просто. Мы уже видели в гл. II, что красные гиганты и белые карлики не укладываются в эту схему эволюции. Кроме того, некоторые астрономы обратили внимание на тот факт, что существуют не только «устойчивые» звезды, в которых процессы происходят медленно и регулярно, но также и такие, состояние которых очень быстро изменяется, как, например, новые звезды или особые очень горячие звезды — так называемые «звезды типа Вольф — Райе». Советские астрономы систематически изучают неустойчивые звезды. Один из них, акад. В. А. Амбарцумян, пояснил, почему в СССР проявляется особый интерес к изучению звезд в неустойчивых состояниях:

«Почему изучение неустойчивых состояний представляет особенно большой интерес для космогонии? Известно, что двигателем для всякого процесса развития в природе являются противоречия. Эти противоречия особенно ярко проявляются, когда система или тело находятся в неустойчивом состоянии, когда в них происходит борьба противоположных сил, когда они находятся на поворотных этапах своего развития. Поэтому как советские астрономы, так и многие астрономы других стран идут прежде всего в направлении изучения неустойчивых объектов. Это не значит вовсе, что следует заниматься только этими объектами. Но это означает, что объекты, находящиеся в неустойчивом состоянии, заслуживают особого внимания».

Успешное изучение различных вопросов, касающихся звезд, показывает нам всю плодотворность решительной марксистской позиции, которую занимают в области космогонии советские ученые.

Одновременное рождение звезд в двойных системах и в рассеянных скоплениях

Проблема происхождения двойных звезд имеет для космогонии исключительное значение. Действительно, двойные звезды составляют, по крайней мере, одну треть от общего числа звезд. Вместе с тем известно, что многие двойные системы неустойчивы по той причине, что они должны распадаться под влиянием притяжения соседних звезд.

Как уже указывалось выше, в связи с критикой гипотезы Джинса, можно сейчас с уверенностью утверждать, что двойные звезды не могли образоваться путем деления одной звезды-«прародительницы». Можно, правда, рассматривать другой путь их происхождения, а именно — путь захвата. Вообще говоря, возможно, что при достаточном сближении трех или большего числа звезд одна из этих звезд может остаться в конце концов в сфере притяжения другой звезды.

Но В. А. Амбарцумян показал, что если бы двойные системы действительно образовались таким путем, их число должно было бы быть намного меньше, чем наблюдается фактически (в миллионы раз для таких пар, в которых звезды находятся на очень больших расстояниях друг от друга). Таким образом, представляется несомненным, что двойные системы состоят из звезд, которые сформировались, находясь рядом друг с другом, в скоплениях рассеянной материи, имеющихся в Галактике. Этот вывод можно без труда распространить на кратные системы и на рассеянные скопления.

Звездные ассоциации

Таким путем советские астрономы пришли к мысли, что звезды образуются группами, а изолированные звезды представляют собой результат распада этих первоначальных групп под влиянием возмущающих сил и, в частности, притяжения других звезд.

Это предположение было подтверждено открытиями В. А. Амбарцумяна и Б. Е. Маркаряна. Эти астрономы установили, что некоторые группы звезд представляют собой молодые образования, находящиеся в процессе распада. (Здесь мы также встречаемся с исследованиями неустойчивого состояния.) Такие группы были названы ассоциациями, в отличие от скоплений, являющихся гораздо более крупными системами, и от созвездий, которые состоят из звезд, часто очень далеких друг от друга, но видных с Земли в близких направлениях и образующих на небесном своде характерные конфигурации.

Структура этих ассоциаций (в которых звезды расположены цепочками или трапециями), а также тот факт, что они состоят из звезд, располагающихся, во-первых, близко друг к другу в пространстве, а во-вторых, примерно одинаковых по своим физическим особенностям, показывают, что в этом случае речь идет, конечно, о системах звезд, имеющих общее происхождение. Ассоциации можно разделить на два различных типа.

Одни, более многочисленные (несколько сот, наблюдаемых в Млечном Пути), так называемые «О-ассоциации», состоят из очень горячих звезд — голубых или белых гигантов. Эти ассоциации, как правило, имеют небольшую плотность и распадаются, следовательно, довольно быстро. Продолжительность их существования не должна превышать нескольких миллионов лет.

Ассоциации другого типа («Т-ассоциации»), продолжительность жизни которых имеет тот же порядок — несколько миллионов лет — состоят из переменных звезд-карликов.

Открытие ассоциаций имеет большое значение. Оно приводит к фундаментальному с точки зрения космогонии выводу о том, что процесс образования звезд в Млечном Пути непрерывно продолжается. Вспомним, кстати, что теория Бете, как мы указывали в гл. II, позволила оценить возраст некоторых очень массивных и расходующих большое количество энергии белых звезд не более чем в несколько десятков миллионов лет. Примером может служить звезда V созвездия Кормы, масса которой превышает массу Солнца в 20 раз и которая светит в 10 000 раз ярче Солнца.

Убывание массы звезды со временем

Мы должны теперь возвратиться к очень важному вопросу, о котором мы уже упоминали выше: как перемещается точка, изображающая положение звезды на диаграмме Рессела, в течение жизни звезды?

Мы уже видели, что в отношении устойчивых состояний предполагают, что масса и светимость звезды уменьшаются одновременно, а это должно вызывать перемещение звезды на ветвях диаграммы Рессела сверху вниз.

Однако потеря массы, вызываемая превращением водорода в гелий, которое поддерживает излучение звезды, относительно мала, и можно задать вопрос, не может ли она компенсироваться приростом массы звезде за счет пыли, имеющейся в межзвездном пространстве. Английские астрономы Хойл и Литтлтон недавно даже выдвинули идею о том, что звезды, перемещаясь в пространстве сквозь межзвездную материю, постоянно приобретают массу за счет поглощения этой материи. Этот захват массы намного превышает, согласно их точке зрения, потерю массы за счет цикла Бете. Таким образом, они пришли к удивительному заключению о том, что звезды рождаются карликами и становятся в конце своего жизненного пути гигантами со значительно возросшей светимостью.

В действительности же эта гипотеза, которую Хойл не так давно изложил без малейших оговорок по английскому радио, является чисто спекулятивной, не связанной с фактами. Она не учитывает, в частности, давления светового излучения, экспериментально обнаруженного еще русским физиком П. Н. Лебедовым.

Действительно, когда световой луч падает на какой либо объект, то он оказывает на него некоторое давление и как бы отталкивает его. Эффект этого давления ничтожен, если объект имеет сравнительно большие размеры, но может стать значительным в случае очень малых частиц.

Например, известно, что именно вследствие давления солнечных лучей кометные хвосты, состоящие из разреженного газа и появляющиеся, когда комета приближается к Солнцу, направлены в сторону, противоположную Солнцу. В. А. Амбарцумян вполне справедливо заметил, что уже одного светового давления достаточно, чтобы воспрепятствовать поглощению межзвездных частиц горячими звездами. С другой стороны, он указал на то, что теория Хойла не позволяет дать удовлетворительное объяснение существованию звездных ассоциаций.

Более того, другие советские ученые (как, например, В. Г. Фесенков, Б. А. Воронцов-Вельяминов) установили, изучая неустойчивые состояния звезд, что многие звезды, в частности звезды большой светимости, выбрасывают большие количества материи в виде газовых оболочек, которые затем рассеиваются в пространстве.

Если изобразить эти результаты с помощью диаграммы Рессела, то видно, что звезды главной последовательности в действительности перемещаются так, как это можно предвидеть, исходя из одновременного уменьшения массы и светимости, т. е. в том направлении, которое принималось первоначально. Это перемещение очень медленно в случае таких звезд, как, например, Солнце, для которых основной механизм потери массы заключается в превращении водорода в гелий. Но оно должно совершаться гораздо быстрее для очень горячих звезд-гигантов, лежащих выше главной последовательности.

Опираясь на тот факт, что некоторые звезды, как, например, новые и звезды типа Вольф — Райе, теряют за короткое время очень значительное количество своего вещества, В. А. Амбарцумян усматривает возможность переходов звезд с одной ветви диаграммы Рессела на другую.

Два известных пути эволюции звезд

Открытие двух различных типов молодых звезд, входящих соответственно в состав О- и Т-ассоциаций, позволяет предположить наличие двух различных путей эволюции звезд. Действительно, советские астрономы П. П. Паренаго и А. Г. Масевич показали, что имеет место очень ясное различие между звездами, относящимися К верхней и нижней частям главной последовательности. Это различие касается как внутреннего строения звезд, так и их средних скоростей по отношению к соседним звездам. П. П. Паренаго и А. Г. Масевич пришли к выводу, что главная последовательность должна быть разделена на две части, причем место раздела находится немного выше места Солнца на диаграмме. При этом имеется соответствие между двумя частями главной последовательности, с одной стороны, и звездами, рождающимися в ассоциациях одного или другого типа, — с другой.

По предположению Б. В. Кукаркина звезды, которые формируются в О-ассоциациях, находятся сначала рядом с главной последовательностью на диаграмме Рессела. Там они остаются в течение нескольких миллионов лет — времени, которое примерно требуется для того, чтобы ассоциация рассеялась. После того, как они потеряют вследствие так называемого корпускулярного излучения часть своей массы, они попадают на главную последовательность и затем опускаются по ней довольно быстро, поскольку они продолжают терять значительное количество вещества.

Звезды Т-ассоциаций, напротив, рождаются карликами, аналогичными Солнцу и находящимися на главной последовательности, а затем медленно опускаются по ней вниз, поскольку потеря их массы за счет корпускулярного излучения очень мала. Эти звезды вначале являются желтыми карликами и постепенно превращаются в красных карликов.

Вопросы, требующие изучения

Таким образом, советскими астрономами установлено с большой степенью вероятности существование двух путей звездной эволюции. Однако наряду с положительными результатами остается еще большое количество неясных вопросов. Что касается самих звезд О- и Т-ассоциаций, то мы не можем еще с уверенностью сказать, например, во что они превратятся после того, как они исчерпают весь свой запас водорода. Возможно, что звезды Т-ассоциаций, став сначала красными карликами, в конце концов перейдут в состояние белых карликов.

С другой стороны, необходимо объяснить происхождение новых и сверхновых звезд и красных гигантов. Исследования новых и сверхновых звезд пока не позволяют придти к какому-либо определенному выводу. Относительно красных гигантов следует заметить, что часто наблюдают их присутствие в О-ассоциациях вместе с очень горячими (белыми) гигантскими звездами. Согласно В. В. Соболеву эти красные гиганты имеют то же внутреннее строение, что и наблюдающиеся рядом звезды с очень высокой температурой, но они окружены обширной и более холодной оболочкой небольшой массы.

Наконец, остаются нерешенными проблемы вращения звезд. Дело в том, что, как установил Г. А. Шайн, скорость вращения звезд зависит от их физического типа (карлики вращаются в общем медленнее, чем яркие гиганты), причем различие в скорости иногда весьма значительно. Научная космогония должна удовлетворительным образом объяснить этот факт.

Эволюция звезд в шаровых скоплениях

Все результаты, которые мы сейчас изложили, относятся к эволюции близких к нам звезд нашей Галактики, т. е. звезд, принадлежащих согласно терминологии Бааде к населению I типа. В 1952 г. Бааде детально изучил звездное население II типа в двух шаровых скоплениях. Пытаясь построить для этих звезд график, аналогичный диаграмме Рессела, он пришел к выводу, что точки, представляющие положения звезд, располагаются на диаграмме спектр — светимость по ломаной линии, резко отличающейся от положения главной последовательности и других ветвей диаграммы, приведенной на стр. 34.

Отсюда Бааде делает заключение, что звезды населения II типа имеют особый путь эволюции. Они рождаются как весьма небольшие, но яркие звезды, а когда запасы водорода в их центральном ядре приходят к концу, становятся неустойчивыми и их размеры резко возрастают. Такие звезды проходят через стадию красных гигантов, а затем уже окончательно сжимаются и кончают свое существование как белые карлики.

Еще слишком рано оценивать значение этого последнего открытия. В частности, действительно ли характер эволюции звезд населения II типа может объяснить, как это полагают многие астрономы, довольно странный вид диаграммы Рессела для звезд Млечного Пути, т. е. не вызван ли он тем, что население II типа, к которому можно было бы причислить субкарлики и некоторые короткопериодические переменные звезды, накладывается на население I типа? Но во всяком случае очевидно, что эволюция звезд идет не по единому, а по различным путям. Вполне возможно, что деление на звездное население I и II типов является, как полагают некоторые советские астрономы, слишком схематичным, и необходимо вводить более подробную дифференциацию.

 

III. Происхождение звезд

Работы В. А. Амбарцумяна свидетельствуют о том, что звезды образуются группами. Так как естественно полагать, что они формируются за счет диффузной материи, то астрономы попытались выяснить, не являются ли некоторые сгущения этой материи звездами, находящимися в процессе формирования.

Глобулы Бока

Внимание наблюдателей было сначала обращено на маленькие темные пятна, наблюдающиеся на небе и имеющие размеры порядка одного светового года. Эти небольшие, имеющие примерно сферическую форму скопления названы глобулами. По мнению американских астрономов Бока и Уипла, из них непосредственно образуются звезды. Далеко идущие гипотезы, построенные на основании этого допущения, претендовали также на объяснение происхождения самих глобул, рассматриваемых как скопления межзвездной материи, «сметенной в кучу» давлением светового излучения соседних звезд. Однако последняя гипотеза, которая неразрывно связана с объяснением дальнейшей эволюции глобул и превращения их в звезды, опровергается наблюдениями. Как показал советский астроном В. Г. Фесенков, глобулы всегда принадлежат более обширной туманности, и до сих пор не удалось обнаружить сгущения, которые могли бы соответствовать промежуточному этапу между глобулами Бока и какими-нибудь звездами.

Цепочки Фесенкова

В. Г. Фесенков, используя превосходный телескоп системы Максутова, установленный в Алма-Ата, обнаружил на многочисленных снимках существование в некоторых туманностях очень тонких волокон, связывающих ясно различимые однотипные звезды. Звезды, составляющие подобные цепочки, очень близки друг к другу, их взаимные расстояния имеют порядок нескольких световых дней (в сто раз больше диаметра орбиты Плутона), что как раз соответствует тому теоретическому минимуму, при котором соседние сгущения могут быть устойчивыми.

Подобные цепочки в целом являются, по-видимому, неустойчивыми и, следовательно, образовались недавно. (Здесь мы опять столкнемся с применением положения, о важной роли неустойчивых состояний.) Что касается волокон, «связывающих» эти цепочки звезд, то они представляют собой, как можно думать, газовые остатки более плотных волокон, еще не сконденсировавшиеся в звезды. Некоторые снимки подтверждают эту точку зрения. Идя дальше, В. Г. Фесенков пытается даже выяснить происхождение самих этих волокон. Сравнивая между собой различные галактические туманности, он наметил возможный ход их эволюции. Сначала туманности имеют неправильную форму и являются чисто диффузными (т. е. газовыми и пылевыми); в их состав входят темные облака поглощающей материи. Затем под влиянием внутренних сил возникают волнообразные возмущения, которые приводят к образованию крупных изолированных волокон. На последнем этапе такой эволюции туманность имеет чисто волокнистую структуру, причем волокна обладают довольно большой плотностью, как раз такой, при которой оказывается возможным появление сферических сгущений, превращающихся в звезды.

 

IV. Происхождение солнечной системы

Возврат к гипотезе первичной туманности

Мы уже видели, что гипотеза Джинса о происхождении солнечной системы была оставлена после открытия других планетных систем и после теоретических работ различных астрономов (Спитцер, Рессел, Н. Н. Парийский). Крах идей Джинса в этой области немедленно вызвал появление большого числа новых гипотез.

Для того чтобы избежать трудностей, встречающихся в тех гипотезах, согласно которым планеты образуются из материи, вырванной из Солнца, некоторые ученые возвратились, хотя и разными путями, к гипотезе, предполагающей существование первоначальной туманности. Очень разреженное пылевое облако, окружающее Солнце и создающее при освещении его солнечными лучами эффект, известный под названием зодиакального света (видимого после захода Солнца в хорошую погоду), а также метеориты, все время падающие на Землю, имеют согласно этой гипотезе общее происхождение из первоначальной туманности.

Согласно новой гипотезе Земля и планеты образовались в условиях низкой температуры, что противоречит прежним геологическим теориям, но, наоборот, согласуется со многими более поздними работами, выполненными, в частности, В. И. Вернадским в СССР. Дискуссия в 1950 г. на Международной конференции в Санта-Фе, в которой участвовали геологи, геофизики и геохимики, показала большую вероятность того, что Земля находилась первоначально в холодном состоянии. Среди гипотез, основывающихся на этом соображении, мы отметим уже упомянутую гипотезу американского астронома Уипла, германского астронома Вайцзеккера, которая была недавно развита далее голландцем Тер Хааром, и гипотезу советского ученого О. Ю. Шмидта.

Гипотеза Уипла содержит очень серьезные теоретические противоречия; она приводит, между прочим, к такому заключению, противоречащему наблюдениям: самые близкие к Солнцу планеты должны быть также и самыми большими. Гипотеза Вайцзеккера представляется на первый взгляд более удовлетворительной, однако в ней допускается совершенно произвольно, что в первоначальной туманности возникают вихри, характеристики которых кажутся вычисленными априори в предвидении тех результатов, какие необходимо получить.

Гипотеза Шмидта, которую ее автор разрабатывал, начиная с 1944 г., в сотрудничестве с другими советскими учеными, свободна от таких недостатков. К ее изложению мы сейчас и переходим.

Основные черты гипотезы Шмидта

Шмидт сначала предполагает, что Солнце в своем движении в пространстве встретилось с газово-пылевой туманностью и прошло через нее. Заметим, что подобная встреча в настоящих условиях мало вероятна, но не целиком невозможна. Было вычислено, что в среднем она может происходить раз в десять миллионов лет, т. е. Солнце должно было за свою жизнь уже встретиться с сотнями туманностей. Однако не каждая такая встреча заканчивается рождением планет. Необходимо при этом, чтобы Солнце могло благодаря своему притяжению увлечь за собой значительную часть вещества туманности. Подобный же захват возможен лишь при условии, что Солнце двигалось не очень быстро, со скоростью артиллерийского снаряда — порядка 1 км/сек. В настоящее время Солнце перемещается по отношению к ближайшим звездам со скоростью около 20 км/сек и оно не могло бы захватить в случае встречи с туманностью сколько-нибудь значительное количество ее вещества. Следовательно, та встреча, которая привела к появлению планет, относится к весьма отдаленной эпохе.

Облако, состоящее из газа и пыли, увлеченное за собой Солнцем и подверженное силам притяжения к Солнцу, в конце концов принимает форму плоского диска, в котором пылевые частицы собираются в плоскости, перпендикулярной оси собственного вращения диска. Давление солнечных лучей как бы выталкивает пыль из области, близкой к Солнцу, и диск превращается в кольцо. С другой стороны, вследствие нагревания солнечными лучами испаряются легкие частицы внутренней, наиболее близкой к Солнцу части кольца, и содержание здесь легких газов все более и более уменьшается.

Напротив, в более далеких областях температура остается столь низкой, что газы сгущаются и иногда намерзают па твердые частицы. В то же самое время кольцо распадается на десятки миллионов малых сгущений. Эти сгущения затем слипаются друг с другом и образуют твердые тела таких размеров, какие имеют малые планеты, а в конце концов, по истечении очень большого времени (по О. Ю. Шмидту — порядка миллиардов лет), некоторые из этих твердых тел в свою очередь соединяются друг с другом и образуют большие планеты. Образование спутников планет объясняется таким же образом, причем планеты играют в отношении частиц, которые они увлекают в свою сферу притяжения, ту же роль, какую играло Солнце по отношению к захваченному газово-пылевому облаку.

Факты, подтверждающие эту гипотезу

Сразу видно, чем эта гипотеза отличается от гипотезы Лапласа, которую она па первый взгляд напоминает (Солнце не формируется из первоначальной туманности, последняя не раскалена, образуются сгущения, а не кольца и т. д.). Но особенно она отличается тем, что использует все завоевания науки за те сто пятьдесят лет, которые отделяют эту теорию от времен Лапласа, и может дать удовлетворительное объяснение всем основным особенностям солнечной системы, чего не могла сделать до сих пор ни одна гипотеза.

Если некоторые из этих объяснений (в частности, относящиеся к почти круговому движению больших планет) аналогичны тем, которые давались другими астрономами, например Джинсом (см. стр. 107), то другие являются совершенно новыми и дают успешное разрешение вопросам, оставшимся до сих пор неясными.

Рассмотрение процесса сгущения частиц позволяет без помощи дополнительных, специально подобранных гипотез (какие встречаются, например, у Вайцзеккера) получить теоретически значения расстояний больших планет от Солнца, согласующиеся с наблюдениями.

Гипотеза Шмидта объясняет также очень просто (достаточно сослаться на предыдущий параграф) тот факт, почему планеты, более близкие к Солнцу, содержат меньше газов, в частности водорода, а планеты, более удаленные от Солнца, имеют большие размеры (они образуются в областях, более насыщенных пылевыми частицами), обладают меньшей плотностью и содержат много соединений, куда входит водород, в частности аммиак и метан (в жидком или твердом состоянии).

Таким путем объясняется и присутствие метановой атмосферы вокруг Титана (спутника Сатурна), который имеет такие же размеры, как и Луна. Заметим, между прочим, что факт существования подобной атмосферы в нашу эпоху может служить дополнительным подтверждением того, что наша планетная система образовалась в условиях низкой температуры. Действительно, если бы температура Титана в ходе его эволюции превышала некогда 0° Ц, то весь метан на этом спутнике, несомненно, рассеялся бы.

Предположение о захвате Солнцем вещества при прохождении через туманность, встретившуюся на его пути, позволяет Шмидту объяснить, почему наибольшая часть момента количества движения солнечной системы принадлежит планетам, в то время как основная часть массы сосредоточена в Солнце. Этот вопрос не находил разрешения во всех предыдущих гипотезах.

Но, по-видимому, гипотеза Шмидта наиболее оригинальна в той своей части, где указывается на все значение превращения (при столкновениях и при трении) энергии движения пылевых частиц в теплоту, излучаемую затем в пространство (принципы, которые управляют этим превращением, будут рассмотрены далее, в гл. VII).

Именно с помощью таких соображений Шмидту удалось, в частности, очень просто объяснить, почему большинство планет вращается в прямом, а не в обратном направлении, как это должно было бы иметь место, если бы действовали лишь факторы чисто механического характера. Это объяснение заменяет то, которое было дано некогда на основании учета приливных сил, когда еще полагали, что планеты образовались в условиях высокой температуры (см. стр. 100).

Гипотеза Шмидта в применении к Земле

Что касается Земли, то добавим, что она также образовалась из холодных частиц, а тот факт, что ее температура в настоящее время намного превышает первоначальную, объясняется главным образом разогревом за счет распада радиоактивных элементов. В некоторых внутренних областях земного шара вследствие этого разогревания породы стали плавиться. Более легкие породы поднялись вверх и образовали постепенно земную кору, а более тяжелые опустились внутрь Земли. Эти процессы внутри Земли связаны с образованием гор и с вулканической деятельностью. Такая точка зрения ставит перед геологами ряд новых проблем.

Будущее гипотезы Шмидта

Ни одна гипотеза не была так изучена и не подвергалась такой критике, как теория Шмидта. Многие советские ученые, как, например, Л. Э. Гуревич и А. И. Лебединский, помогли разрешить вопросы, касающиеся эволюции первоначальной туманности. Конференции в 1948 г. — по идеологическим вопросам астрономии — и в 1951 г. — по космогонии солнечной системы — посвятили рассмотрению гипотезы Шмидта немало часов.

Из дискуссий, которые имели место в СССР, следует, что советские ученые признают большое значение гипотезы Шмидта. Оговорки, сделанные на конференции в 1951 г., относились главным образом к различным деталям, как, например, происхождению комет, которое не получает удовлетворительного объяснения, и проблеме захвата Солнцем облака пыли, которая наталкивается на весьма серьезные теоретические трудности.

Можно также заметить, что встречи между звездами и туманностями, могущие привести к образованию планет, представляются слишком редкими для того, чтобы объяснить большое число планетных систем (если исходить из данных о числе звезд и туманностей, находящихся в настоящее время в Млечном Пути в окрестности Солнца).

Возможно, что достижения звездной космогонии позволят более удовлетворительно объяснить происхождение туманности, из которой образовались планеты, а также ее последующее развитие (в частности, в настоящее время рассматривают возможность одновременного рождения звезды и планетной системы вокруг нее). Когда этот пункт будет выяснен, можно будет наметить всю эволюцию диффузной туманности вплоть до появления звезд и планет.

 

I. Проблема «сотворения мира» и термодинамика

Если вопрос о множественности обитаемых миров в научном изучении вселенной находит свое законное место, то так называемая «проблема сотворений мира» может показаться гораздо более необычной. Однако мы обязаны встретить эту проблему лицом к лицу, называя ее собственным именем. Ведь многие ученые, введенные в заблуждение математическим формализмом, о чем мы говорили в гл. V, и все еще находящиеся под влиянием ' преобладающей сейчас идеологии буржуазии, из среды которой они вышли, более не колеблются говорить о «научной» необходимости творения. Некоторые мистические соображения Джинса по поводу жизни во вселенной покажутся нам даже слишком осторожными по сравнению с том, что сам Джинс, Эддингтон или, например, Леметр, пишут о «происхождении мира».

Несомненно, среди астрономов находились креационисты во все времена, но они стали весьма сдержанными после большого подъема материализма, сопровождавшего триумф промышленной буржуазии в конце XVIII и в XIX вв. Например, Фай, крупный космогонист времен Второй империи и первых лет Третьей республики, ограничивался общими и очень туманными соображениями, пытаясь опереться на авторитет Декарта. Он писал:

«Как бы ни говорили, что вселенная есть бесконечная серия превращений, что все, что мы видим, логически обусловлено прежним состоянием как в прошлом, так и в будущем, мы не видим, как первоначальное состояние могло придти к гигантскому скоплению материи, к хаосу, откуда, несомненно, берет начало настоящее состояние. Следовательно, нужно начать с гипотезы и попросить у бога, как это сделал Декарт, рассеянную материю и силы, ею управляющие».

Подобные утверждения всегда имели, независимо от намерений их авторов, характер самых обычных вымыслов, лежащих вне какой-либо науки. Их религиозное происхождение было настолько очевидным, что ими никого нельзя было обмануть.

В настоящее же время, напротив, идеалисты, используя некоторые темные пункты, еще не до конца выясненные современной наукой, пытаются утверждать, что сама наука неизбежно заставляет предположить сотворение мира в определенный момент прошлого. Короче говоря, они пытаются доказать следующие два положения:

1) вселенная все время эволюционирует в одном направлении, и некоторые ее существенные характеристики никогда не смогут снова приобрести уже достигнутых значений. Она в целом стареет, как и человек, и это влечет за собой невозможность ее вечного существования;

2) для разрешения противоречий, к которым мы таким образом приходим, необходимо предположить вмешательство чего-то иррационального, т. е. божественное творение.

Очевидно, что присоединиться к последнему заключению означает полностью отбросить научную точку зрения. В самом деле, становясь на подобную точку зрения, мы в качестве исходной точки последующих реальных событий привлекаем нечто нереальное, иррациональное, т. е. к объяснению происходящих явлений мы привлекаем то, что является принципиально необъяснимым. Однако интересно проследить за «научными» рассуждениями, которые претендуют на оправдание подобного заключения, и рассмотреть несколько ближе противоречия, которые затрудняют ученых и которые способствуют попыткам реакционеров вводить в науку свой религиозный или мистический товар. Мы начнем с рассмотрения одного закона физики, чаще всего используемого с этой целью, а именно, второго закона термодинамики.

Два принципа термодинамики

Термодинамика есть отрасль физики, изучающая связь между тепловыми и механическими явлениями или попросту говоря, между теплотой и работой. Она основывается по существу на двух принципах, являющихся обобщением огромного экспериментального материала.

Первый принцип (количественный): общая энергия изолированной системы (т. е. системы, не имеющей обмена с внешним миром) остается всегда постоянной. Это — принцип сохранения энергии, сформулированный впервые русским ученым М. В. Ломоносовым. Если энергия в какой-либо форме рассеивается, то она возмещается равным количеством энергии в другой форме. Натянутая тетива лука теряет свою потенциальную энергию в момент, когда она спускается и выбрасывает стрелу, но эта энергия переходит в форму энергии движения, в кинетическую энергию стрелы. Одной из форм энергии следует считать теплоту, и можно уточнить принцип сохранения энергии, установив, что всякая механическая работа, всякая электрическая, магнитная или химическая энергия может целиком преобразоваться в теплоту в определенном отношении (в этой форме мы имеем принцип эквивалентности).

Открытие принципа сохранения энергии сыграло огромную роль в развитии науки. Энгельс его отметил как одно из трех величайших открытий своей эпохи:

«Первым из них было доказательство превращения энергии, вытекавшее из открытия механического эквивалента теплоты (Робертом Майером, Джоулем и Кольдингом). Теперь было доказано, что все бесчисленные действующие в природе причины, которые до сих пор вели какое-то таинственное, не поддававшееся объяснению существование в виде так называемых сил — механическая сила, теплота, излучение (свет и лучистая теплота), электричество, магнетизм, химическая сила соединения и разложения, — являются особыми формами, способами существования одной и той же энергии, т. е. движения. Мы не только можем показать происходящие постоянно в природе превращения энергии из одной формы в другую, но даже можем осуществлять их в лаборатории и в промышленности и притом так, что данному количеству энергии в одной форме всегда соответствует определенное количество энергии в какой-либо другой форме. Так, мы можем выразить единицу теплоты в килограмметрах, а единицы или любые количества электрической или химической энергии — снова в единицах теплоты, и наоборот; мы можем точно так же измерить количество энергии, полученной и потребленной каким-нибудь живым организмом, и выразить его в любой единице — например в единицах теплоты. Единство всего движения в природе теперь уже не просто философское утверждение, а естественно-научный факт».

Второй принцип (качественный): в то время, как количество энергии сохраняется, она изменяется качественно. В частности, теплота должно рассматриваться как низшая или деградированная форма энергии; она не может целиком превращаться в механическую работу. Вследствие этого паровая машина (т. е. тепловая машина, превращающая часть тепла в работу) не может никогда иметь коэффициент полезного действия 100 % — даже при условии, что всякое трение полностью отсутствует. Действительно, часть тепловой энергии переходит обязательно от источника тепла (паровой котел) к холодной машине (конденсатору), температура которого вследствие этого поднимается. Именно путем исследований работы паровых машин Карно пришел ко второму принципу термодинамики, именующемуся также по этой причине принципом Карно.

Первый принцип лежит в основе всей современной науки; никакая из самых последних теорий его не поколебала и не может поколебать и его продолжают всюду применять. Превращение вещества (корпускулярной формы материи) в излучение (волновую форму материи) лишь подтверждает незыблемость этого принципа.

Второй принцип всегда приводил к правильным результатам, когда его применяли к земным явлениям, хотя Земля не является полностью изолированной системой. Трудности начали возникать тогда, когда его захотели распространить на всю вселенную. Этой попыткой обобщения второго принципа мы обязаны главным образом Клаузиусу (1865) и лорду Кельвину; она и привела, в частности, к теории «тепловой смерти» вселенной.

«Тепловая смерть» вселенной

Рассмотрим совокупность объектов, имеющих различную температуру, и механизмов, пущенных вначале в ход, но на последующее движение которых не влияет никакая внешняя сила (например, система, приводимая в ход предварительно натянутыми пружинами). Пусть все это помещено в некоторый гигантский термос, так что полностью исключен всякий обмен тепла или вообще энергии между данными объектами и внешним миром. Подобная совокупность объектов является тем, что называют материальной замкнутой системой или, если использовать выражение, употреблявшееся уже выше, изолированной системой. К такой системе возможно применить законы термодинамики. Все различные формы энергии стремятся превратиться в тепло, хотя бы вследствие трения. Созданное таким образом тепло не может, однако, целиком превратиться в высшие формы энергии, так что тепловая энергия заменит в конце концов все другие формы энергии. С другой стороны, согласно принципу Карно теплые источники передают энергию к холодным источникам. Температуры постепенно выравниваются. Таким образом, можно придти к следующему заключению: в изолированной системе температура всех объектов становится в конце концов одинаковой. Полная энергия системы не меняется, но она целиком превращается в теплоту.

Таков вывод, который Клаузиус и лорд Кельвин не побоялись применить ко всей вселенной в целом. В соответствии с ним эволюция мира должна идти лишь в одном единственном направлении и имеется лишь один возможный конец — «тепловая смерть».

«Как гиря часов, — писал Джинс, — энергия не может опускаться бесконечно: когда-нибудь она приблизится все же к своей границе. Рано или поздно последний эрг энергии достигнет последней ступени своего полезного состояния, и в этот момент вселенная потеряет всю свою активность; полное количество энергии во вселенной, правда, не уменьшится, но эта энергия не будет уже способна к каким-либо превращениям; она будет столь же мало способна оживить вселенную, как и вода в стоячей луже заставить вращаться колесо мельницы. Вселенная будет мертва, хотя, может быть, еще и наделена теплом».

Доводы в пользу сотворения мира

Вот к чему приводит применение принципа Карно к будущему вселенной. Посмотрим теперь, к каким заключениям можно придти, если применить этот же принцип, рассматривая прошлое вселенной. Мы опять будем следовать Джинсу, ибо его манера рассуждений особенно типична.

Покинем на мгновение, чтобы идти за Джинсом, короткую шкалу времени и примем приятную его сердцу гипотезу, согласно которой атомы внутри звезд превращаются целиком в излучение за триллионы лет. Исходя из этой своей гипотезы, Джинс заключает, что все вещество во вселенной стремится за больший или меньший срок превратиться в излучение. Он высчитал даже конечную температуру вселенной, которая будет соответствовать всему количеству тепла, полученному тогда, когда подвергнется превращению последний атом вещества. И эта температура, по Джинсу (вследствие очень малой средней плотности, которую он приписывает вселенной), будет гораздо ниже температуры жидкого воздуха. Таким образом, звезды теряют вес по мере того, как вселенная стареет. Если возвратиться в прошлое, то общий вес вещества, или, говоря более точно, его общая масса должна все более увеличиваться. И Джинс показывает, что нужно предположить существование в некоторый момент прошлого настолько значительных масс вещества, что их превращение в тепло должно было бы привести на Земле и вообще всюду к исключительно высоким температурам, не идущим ни в какое сравнение с теми, которые нам известны. Он считает себя обязанным остановиться и высказать две следующие гипотезы:

1. Различные спиральные туманности образовались из одной-единственной туманности, из чего-то аналогичного хаосу, заполнявшему все пространство. Это возникновение различных галактик произошло около десяти триллионов лет назад (с учетом прежних результатов вычислений возраста Млечного Пути).

2. Первоначальная хаотичная материя не существовала вечно. На основании довольно туманных теоретических расчетов Джинс даже пришел к выводу, что атомы не могут быть старше 200 триллионов лет.

«Таким образом, — заключает он хладнокровно, материя, которая не существовала прежде, возникла в определенный момент…»

«Если мы хотим дать физическое истолкование этому творению материи, — продолжает он, — мы можем вообразить лучистую энергию…, которая распространяется в пространстве». Он уточняет затем свойства, которыми следует наделить эту энергию, и добавляет: «Если нам нужно конкретизировать картину такого сотворения, мы можем говорить о руке божьей, возбуждающей эфир».

Тот факт, что Джинс прибегает к вмешательству бога, не должен нас слишком удивлять: в другом своем произведении он заставляет вмешаться «всеведущего математика» (mathematical thinker)! Он как бы вносит в божественное творение некоторый научный дух:

«Мы можем избегнуть такого примитивного представления, если заметим, что пространство, время и материя нераздельны и образуют единое целое, и совершенно бессмысленно говорить о пространстве и времени в ту эпоху, когда материя не существовала. Эта точка зрения согласуется не только с прежними метафизическими теориями, но также и с современной теорией относительности. По этой гипотезе вселенная становится чем-то вроде картины конечных размеров, содержащей некоторое количество пространства и некоторое количество времени. Когда мы перемещаемся во времени, то мы не приближаемся к моменту творения картины, но лишь к ее рамке. Творение остается вне картины, так же как художник остается вне полотна; рассуждать о сотворении вселенной в пространстве и времени — это все равно, что пытаться обнаружить художника и замысел картины, передвигаясь по картине к ее краям. Эта точка зрения нас весьма приближает к философским системам, в которых вселенная рассматривается как плод духа ее творца и, следовательно, сводит на нет все исследования и все дискуссии по поводу творения материи».

Чувствуя, что этой второй формой божества, хотя и менее «примитивной», чем первая, он рискует все же немного удивить читателя в произведении, претендующем на научность (и которое является таким в целом за исключением некоторых мест), Джинс внезапно поворачивает назад и становится на позицию, близкую к агностицизму некоторых позитивистов, которую он пытается оправдать авторитетом Анри Пуанкаре.

«Эти две точки зрения неуязвимы, — пишет он, — но иная точка зрения, свойственная среднему человеку, также является таковой: констатируя, что человеческий ум не в состоянии постичь в целом вселенную, человек решает прекратить попытки своего ума выяснить проблему творения материи. С чисто философской точки зрения этот последний взгляд, возможно, наиболее приемлем. Вот уже четверть века, как физика, главным образом под влиянием Пуанкаре, отказалась от попыток объяснять явления и ограничивается их описанием в наиболее простой форме».

Но подобный возврат к позиции, более приемлемой на вид с научной точки зрения, лишь позволяет английскому астроному еще больше настаивать на необходимости привлечения религии или по крайней мере некоторой деистической философии, чтобы придти к удовлетворительному объяснению мира. Таким образом, мы имеем налицо типичный пример идеалистических или мистических вихляний, к которым приводит агностицизм слишком многих учеников Конта. Это — высшая точка реакционного движения, которой достигли эмпириокритики школы Маха, беспощадно разоблаченные Лениным.

Сравнивая данные, полученные наукой, с зашифрованным текстом, Джинс пишет: «Часто бывает, что сам зашифрованный текст помогает открыть тот код, с помощью которого он составлялся; наличие некоторой ловкости позволяет сделать остальное. Но здесь идет речь о том, чтобы узнать, где, кем и с какой целью составлялось донесение; нет никакого основания полагать, что зашифрованный текст нам поможет ответить на эти вопросы. Здесь астроном должен отказаться от этой задачи. Астрономическое донесение интересует, разумеется, философию, религию и вообще все человечество, но расшифровка его не является миссией астронома. Стараться понять и объяснить ясно смысл последовательности найденных слов — это дело других».

Нельзя сказать, что Джинс игнорирует теорию восстановления вещества во вселенной. Но он с самого начала отмахивается от нее несколькими презрительными словами, за которыми следует в высшей степени субъективистское заключение:

«Некоторые, — говорит он — давая полную волю своему воображению, полагали, что это тепло, т. е. энергия в низшей своей форме, могло бы в течение какого-то времени превратиться само собой в электроны и протоны; по мере того, как активная вселенная рассеивается в форме излучения, ее пепел дал бы, по их мнению, начало новому небу и новой Земле. Наука не дает никаких оснований для подобных фантазий: может быть, это даже лучше, так как неясно, какое преимущество имеет вечное восстановление вещей или даже их изменение, не имеющее конца».

Мы сочли нужным детально привести «доводы» Джинса, так как это, по существу, то же самое, что мы находим у всех креационистов, опирающихся на принцип Карно. Идеи Эддингтона, хотя они ведут к тем же самым заключениям, основаны на соображениях иного рода; мы рассмотрим их в гл. VIII.

Этот новый креационизм имеет своих представителей и во Франции. Один из наиболее решительных креационистов, астроном Страсбургской обсерватории Вероннэ, автор одной космогонической гипотезы, не поколебался написать после ряда соображений, столь же категорических, как и туманных, следующие слова:

«Верить в то, что мир существовал вечно, что весь ансамбль должен достичь некоторого состояния постоянного равновесия, что звезды должны восстанавливаться и рождаться и т. д., - это ложная идея, искажающая принципы астрономии. Таким образом тс, кто упрекал других за идею о сотворении мира, сами приходят к априорному и антинаучному решению проблемы. Именно креационисты правы. Астрономический мир имел начало во времени так же, как он практически ограничен в пространстве».

Вмешательство Пия XII

Особенно симптоматичным является то, что рассуждения, описанные выше, недавно получили самую высокую поддержку религии в лице самого папы. В своей речи «Доказательства существования бога в свете данных современной науки» Пий XII, вспомнив сначала о принципе Карно и теории расширяющейся вселенной, сказал:

«Если, следовательно, ученый, отведя свой взор от настоящего состояния вселенной, обернется к будущему, даже наиболее далекому, он будет вынужден признать, что весь мир, как макрокосмос, так и микрокосмос, стареет. В течение миллиардов лет ядра атомов теряют свою, казалось, неистощимую энергию, могущую быть использованной, и, если привести образное сравнение, материя на исходе своего пути будет находиться в состоянии потухшего и застывшего вулкана…»

«Но обратим теперь свой взгляд к прошлому, — добавляет он далее. — По мере удаления в прошлое, материя должна была быть все более богатой свободной энергией и быть подверженной все большим атомным превращениям. Таким образом, все указывает на то, что материальная вселенная определенное время тому назад приобрела могучий начальный взлет, зарядилась невероятным обилием запасов энергии, благодаря которым она, развиваясь сначала быстро, затем все более медленно, приобрела свое нынешнее состояние…»

И Пий XII восклицает в заключение:

«Таким образом, творение во времени; а поэтому и творец; — и, следовательно, бог! Вот те слова, — еще несовершенные и не совсем отчетливые, — которых мы требуем от науки и которых наше поколение ожидает от нее».

 

II. Противоречия и научные ошибки

В том факте, что папа пытается найти в некоторых научных теориях аргументы в пользу существования бога-творца, нет, по существу, ничего удивительного. Однако с первого взгляда может показаться поразительным, что роль проповедников веры взяли на себя многие крупные астрономы, которые, по-видимому, находят иногда в этом даже удовольствие. И это происходит в то время, как теоретические основы этого наступления креационистов заключаются лишь в поспешных и неоправданных обобщениях и в утверждениях столь же субъективных, как и противоречивых! Мы видим, как крупные ученые внезапно оставляют строгие вычисления и смелые, но несомненно научные гипотезы и начинают хладнокровно высказывать мысли, не имеющие никакого отношения к науке. Все происходит так, как будто они внезапно потеряли способность к научному мышлению до такой степени что их некоторые наиболее резкие и экстравагантные утверждения выглядят почти как результат умственного расстройства.

Однако не будем думать о внезапной умственной болезни. Факты, которые мы описываем, свидетельствуют прежде всего о растущем влиянии на ученых идеологии господствующего в капиталистическом обществе класса. Не следует попросту отмахиваться от этих фактов. Детальный анализ «доводов» Джинса, Вероннэ и других креационистов не только позволит обнаружить в них отсутствие серьезности, но может нам также указать путь правильного научного решения, от которого эти господа решительно отворачиваются.

Противоречие Джинса

Для того чтобы креационистская гипотеза Джинса имела правдоподобный вид, следует сначала сделать допущение, будто все спиральные туманности имеют одинаковый возраст. Но именно благодаря тому, что они находятся на весьма различных стадиях своей эволюции, мы смогли воссоздать ход этой эволюции. Удаленность туманностей никоим образом не может объяснить различие их вида, так как среди наиболее удаленных туманностей, т. е. тех, которые находятся от нас на расстоянии многих сотен миллионов световых лет и которые мы видим, следовательно, в том состоянии, в каком они были многие сотни миллионов лет назад, обнаруживаются такие же различные типы, как и среди наиболее близких туманностей.

Следовательно, если мы желаем придерживаться гипотезы Джинса, необходимо предположить исключительно большое различие в скоростях эволюции спиральных туманностей. Конечно, это не является полностью исключенным, но можно также принять гораздо более вероятное предположение о том, что различные галактики имеют разный возраст, соответствующий их строению, т. е. что в то время, как одни галактики возникают, другие «умирают».

Однако Джинс даже не обращает внимания на это возражение. Его желание утвердить необходимость сотворения мира настолько сильно, что кажется, будто он теряет элементарный здравый смысл. Ведь его креационистская гипотеза согласуется с тем, что получается при применении принципа Карно, и разве это важно, что она оказывается противоречащей фактам наблюдений.

Первое начало термодинамики и «творение»

Но можно сказать еще больше. Наряду с принципом Карно, этим «святая святых» креационистов, имеется также первое начало термодинамики — принцип сохранения энергии. И следует сказать, что Джинс, Вероннэ и все другие его никак не учитывают. Первый нам рассказывает, что 200 триллионов лет тому назад бог пришел и сотворил материю, а следовательно, и энергию; таким образом, явно имело место творение энергии из ничего. Ведь это выглядит целиком антинаучно, — подумают некоторые. Совсем нет, — возражает Джинс, — так как принцип Карно невредим! А это самое существенное… Если вам любопытно узнать, что было перед этим творением, то можно посмеяться над вашей нескромной наивностью. Вас следует отослать к Эйнштейну; нет материи, следовательно, нет ни времени, ни пространства. Если вы не удовлетворены, то поистине вы слишком придирчивы… Что касается Вероннэ, мы должны признать, что он делает свои выводы несколько менее изящно и что его объяснения относительно творения довольно туманны.

«В то время существовало нечто непостижимое», — говорит он нам. Это, несомненно, указание, но так как это «непостижимое» определено чисто негативно, то указание остается весьма туманным. Мы не говорим здесь о творении, предусматриваемом Эддингтоном, так как мы уделим далее этому важному вопросу все то внимание, которое он заслуживает. И мы закончим эту предварительную критику рассуждений креационистов высказыванием Энгельса, от взгляда которого не укрылись экстраординарные рассуждения некоторых ученых по поводу принципа Карно (называемого Энгельсом принципом Клаузиуса):

«В каком бы виде ни выступало перед нами второе положение Клаузиуса и т. д., во всяком случае, согласно ему, энергия теряется, если не количественно, то качественно… Мировые часы сначала должны быть заведены, затем они идут, пока не придут в состояние равновесия, и только чудо может вывести их из этого состояния и снова пустить в ход. Потраченная на завод часов энергия исчезла, по крайней мере в качественном отношении, и может быть восстановлена только путем толчка извне. Значит, толчок извне был необходим также и вначале; значит, количество имеющегося во вселенной движения, или энергии, не всегда одинаково; значит, энергия должна была быть сотворена; значит, она сотворима; значит, она уничтожима. Ad absurdum! (До абсурда!)».

Можно ли рассматривать вселенную как гигантский закрытый сосуд?

Мы видим, что в целом вся аргументация наших креационистов основывается прежде всего на принципе Карно, несмотря на те противоречия, к которым он их приводит. Настало теперь время спросить, действительно ли этот принцип настолько универсален, как они это утверждают, и действительно ли мы вправе применять гениальный вывод, сделанный Карно при изучении работы первых паровых машин, к области, размеры которой измеряются сотнями миллионов световых лет, и к эпохам, уходящим в прошлое или будущее на миллиарды лет.

Первое возражение, которое можно сделать по поводу такого обобщения второго принципа термодинамики, связано с бесконечными размерами вселенной. Если даже предположить, что этот принцип справедлив во все времена и в любом месте, существенным остается тот факт, что он должен применяться к изолированной системе, т. е. к некоторому подобию плотно закрытой комнаты. Но вселенная, если она бесконечна, очевидно, не подходит под это определение; следовательно, нет никакой уверенности в том, что принцип Карно — Клаузиуса может быть действительно применен.

Этому возражению весьма общего характера некоторые космологи стали противопоставлять позднее гипотезу Эйнштейна, согласно которой вселенная конечна, хотя и неограниченна и, следовательно, содержит конечное количество материи и энергии (эта гипотеза будет рассмотрена детально в следующей главе). Таким образом, вселенная может быть рассматриваема в некотором смысле как гигантский закрытый сосуд (хотя этот сосуд обладает совершенно особыми свойствами, и физики весьма далеки от единодушия по этому поводу).

Мы скоро увидим, насколько формальной является эта математическая схема, с помощью которой они хотят представить вселенную, и почему ее не следовало бы принимать в этом виде. Но даже, если на мгновенье принять, что эта схема справедлива, то поднимается вопрос о возможности применения принципа Карно во всей вселенной аналогично тому, как поднимается вопрос о распространении на всю вселенную других законов природы. В связи с этим можно вспомнить осторожные слова Бореля в его введении к французскому переводу небольшой популярной книжки Эйнштейна «Специальная теория относительности»: «Мне кажется…, что если бы жили существа столь маленькие по отношению к капле воды, как и мы по отношению к Млечному Пути, было бы слишком самонадеянным с их стороны судить по наблюдениям внутри капли воды о свойствах земного шара, его минералах, животных и растениях».

Принцип Карно есть статистический закон

Среди законов природы можно различать те, которые являются абсолютно строгими (или нам кажутся такими), и те, которые справедливы лишь в среднем, т. е. когда они применяются к очень большому числу частных событий и когда учитывается эффект компенсации одних событий другими. Примером строгого закона может служить закон падения тел в пустоте: пройденный путь пропорционален квадрату расстояния. Напротив, статистические законы природы можно уподобить законам народонаселения. Предположим, что мы могли определить, что рождаемость в некоторой стране составляла в 1935 г. 15 на 1000. Отсюда, конечно, не следует, что во всех городах этой страны, насчитывающих 1000 жителей, родилось в 1935 г. точно по 15 человек. В некоторых родилось 16, 17 или даже более, в других городах меньше, и большая рождаемость в одних городах компенсировалась меньшей рождаемостью в других.

В конце XIX в. австрийский физик-материалист Людвиг Больцман показал, что принцип Карно должен считаться статистическим законом. Он пришел к этому результату, используя кинетическую теорию газов, согласно которой молекулы газа рассматриваются как идеально упругие, исключительно маленькие шарики (диаметром порядка 10 миллионных миллиметра). Эти «шарики» находятся в постоянном движении, без конца сталкиваются и ударяются о стенки сосуда, в котором заключен газ. Каждая молекула испытывает при этом многие миллиарды ударов в секунду.

«Для того чтобы полностью изучить, — говорит нам Паскье, — движения молекул внутри одного кубического сантиметра газа при нулевой (по Цельсию) температуре и обычном давлении, следовало бы согласно законам классической механики написать систему тридцати миллиардов дифференциальных уравнений, каждое из которых содержит миллиарды миллиардов членов, отражающих взаимные действия всех молекул… Если бы мы захотели исследовать движение каждой из этих молекул в течение лишь одной секунды, то пришлось бы потратить на это 10 миллиардов веков, т. е. около 20 миллиардов человеческих поколений. Этого примера вполне достаточно, чтобы показать практическую невозможность решения подобной проблемы с помощью законов механики».

Тем не менее, теория вероятности, примененная к движению этих молекул, позволяет найти и даже уточнить законы поведения газа, открытые экспериментальным путем. Она приводит также к принципу Карно. Действительно, Больцман, изучая распределение скоростей молекул, установил следующую теорему:

Всякое распределение скоростей молекул, отклоняющееся от нормального, самопроизвольно стремится вследствие столкновений между молекулами к нормальному распределению.

Это «нормальное распределение» является попросту наиболее вероятным распределением. Для газа, заключенного в закрытый сосуд, наиболее вероятное состояние таково, что масса газа повсюду имеет одинаковую плотность (т. е. каждый кубический сантиметр газа содержит одно и то же число молекул) и в каждой части объема скорость молекул в среднем одинакова. Последнее, очевидно, равносильно равенству температур по всему объёму газа (как известно, температура газа повышается с увеличением средней скорости его молекул и снижается при ее уменьшении). Разумеется, что нормальное, или наиболее вероятное распределение осуществляется лишь в среднем, и его можно теоретически предсказать для обычных условий, при которых имеют место лишь только небольшие отклонения (флуктуации) плотности и температуры от их средних значений. Но так как эти колебания, как правило, чрезвычайно малы и, кроме того, продолжаются лишь несколько миллионных долей секунды, то обычно они ускользают от наших наблюдений.

Если смешать в одном сосуде два газа, находящихся вначале при разном давлении и разной температуре, мы получаем в конце концов однородную смесь, обладающую во всех точках равными температурой и давлением (если не говорить о тех флуктуациях, которые остаются незаметными). Таким образом, теорема Больцмана приводит нас в частном случае газа к новой формулировке принципа Карно, которая, объясняя этот принцип, позволяет в то же время понять его истинную природу и дает представление о степени его ограниченности.

Можно было сказать, что в ходе эволюции вселенной также имеется постоянная тенденция к переходу из данного состояния в наиболее вероятное. Наиболее вероятное состояние, к которому окончательно стремится вселенная, характеризуется превращением всей энергии в тепло и полным выравниванием температуры. Но если исходить из этой новой точки зрения на принцип Карно, то он уже не является абсолютным, как это могло казаться в эпоху, когда Клаузиус его обобщал на все случаи. Действительно, возможно, хотя бы теоретически, представить, что за некоторым данным состоянием следует другое, более далекое от нормального, что, например, газ, в котором температура распределена равномерно, перейдет в такое состояние, когда температуры в различных частях объема, занимаемого газом, будут более или менее отличными друг от друга, ибо вероятность такого события, вообще говоря, не равна нулю. Правда, когда рассматривают системы, содержащие большое число близких друг к другу молекул и промежутки времени в масштабе человеческой жизни, эта вероятность настолько мала, что ее можно считать практически равной нулю. Об этом, однако, слишком легко забывают креационисты, и, несомненно, Джинс считал себя победителем, предлагая следующий пример:

«Я ставлю кастрюлю с холодной водой на огонь; конечное состояние таково, что вода превращается в пар… Конечно, возможно такое состояние этой вселенной в миниатюре, при котором вода превратится в лед, а огонь будет становиться все более и более горячим, отнимая тепло у воды… Но его вероятность бесконечно мала».

К несчастью, этот пример ничего не доказывает, поскольку Джинс, не имея на это никакого права, смешивает вселенную с домашней кухней. В защиту своей мысли Джинс приводит и другой аргумент: поскольку общее количество элементарных частиц; вселенной (протонов и электронов) выражается числом, состоящим из единицы с 79 нулями, то вероятность перехода вселенной к менее вероятному состоянию равна обратному значению этого числа и, значит, практически абсолютно невозможна. Однако и этот аргумент не более весок, чем прежний, так как Джинс и здесь предполагает, что вся вселенная не очень отличается от кухни или, если говорить более научным языком, что явления, происходящие с различными материальными объектами, могут быть всегда уподоблены тем, которые происходят в масштабе человеческих восприятий.

Действительно, хотя опыты и подтверждают гипотезу Больцмана, но вместе с тем такое, например, явление, как броуновское движение, уже показывает, что принцип Карно неприменим в молекулярных масштабах.

Броуновское движение

Если в стакан с водой насыпать очень маленькие частички вещества (размерами в тысячные доли миллиметра или менее) и рассматривать поверхность воды в микроскоп, то окажется, что частички находятся в состоянии поистине «вечного движения». Причина этого удивительного явления состоит в том, что частички вещества, плавающие на поверхности воды, испытывают непрерывные удары со стороны молекул воды. Удары молекул могут привести к заметному эффекту лишь при условии достаточной малости частичек. Поэтому наблюдаемое движение тем интенсивнее, чем меньше размеры частичек. Точно так же рыбацкая лодка раскачивается во все стороны волнами, тогда как пассажиры проходящего мимо океанского парохода не чувствуют никакой качки.

Вывод, который можно сделать на основании изучения такого движения частичек (замеченного впервые английским ботаником Броуном), заключается в том, что молекулы жидкости находятся в непрестанном движении. Такова экспериментальная проверка кинетической теории материи. Применив законы молекулярной физики к газу, Больцман смог подтвердить правильность принципа Карно. Было бы, следовательно, неправильным сказать, что броуновское движение опровергает второе начало термодинамики. Напротив, оно нам удачно напоминает о том, что сами основы, на которых базируется это начало, ограничивают условия его применения. В молекулярном масштабе, а тем более в мире атомов, принцип Карно, конечно, несправедлив. Следовательно, можно с полным основанием сомневаться в его применимости и в масштабе вселенной.

Недавний результат Плоткина

Недавно советский ученый Плоткин смог теоретически установить вполне строгим путем, что принцип Карно не применим ни к бесконечной вселенной, ни к какой-либо части вселенной, при условии, что эта часть содержит бесконечно большое число частиц.

Таким образом, становятся полностью оправданными с принципиальной точки зрения те теории, которые уже выдвигались некоторыми учеными в качестве объяснения вечного восстановления миров, о чем речь пойдет ниже. Хотя эти «фантазии», как их назвал Джинс в отрывке, цитированном выше, еще далеко не могут нас удовлетворить, но все же, на наш взгляд, Джинс проявил к ним несколько большее презрение и несколько меньшее внимание, чем они этого заслуживают.

 

III. Теории возрождения миров

Теория Аррениуса

Космогоническая теория Сванте Аррениуса пользовалась очень большим успехом в начале нашего века. Мы не считали, однако, целесообразным излагать ее рядом с теориями Лапласа и Джинса, поскольку очень быстро после своего появления она безнадежно устарела. Главная заслуга Аррениуса состоит в попытке показать, что принцип Карно никоим образом не влечет за собой утверждения о тепловой смерти вселенной и, следовательно, о сотворении мира.

Аррениус утверждал, что вселенная не имеет конца, что она не может стариться, что миры беспрестанно рождаются и умирают. Цикл этой вечной эволюции он рисует следующим образом. Горячее солнце (звезда) охлаждается, затем потухает, покрывается твердой корой, но сохраняет очень высокую внутреннюю температуру. Столкновение такого потухшего солнца с другим потухшим солнцем приводит к возникновению так называемой новой звезды. Эта новая звезда превращается в спиральную туманность, которая в свою очередь становится звездным скоплением. Звезды скопления охлаждаются, и ход явлений возобновляется снова.

Многочисленные слабые стороны этой теории, конечно, видны сразу. В частности, в настоящее время известно, что новые звезды и спиральные туманности, содержащие миллиарды звезд, представляют собой объекты, которые никак нельзя сравнивать друг с другом.

Но Аррениус сумел, так сказать, «обратить» второй закон термодинамики, никак его не нарушая. Он предположил, что спиральная туманность, рождающаяся в результате удара двух потухших солнц, поглощает часть материи, которая выбрасывается звездами под давлением светового излучения, и слипается, образуя сначала метеориты. Таким образом, вселенная функционирует как некоторая тепловая машина, состоящая из горячих источников (звезд) и холодных источников (туманностей). Если догматически применять принцип Карно, то следовало бы говорить о выравнивании температур, т. е. об охлаждении звезд и об одновременном разогревании туманностей. Подобный механизм должен был бы в конце концов прекратить свою деятельность, и вселенная должна была бы умереть, поскольку перестал бы осуществляться обмен энергии.

Но согласно Аррениусу дело происходит не так. Он замечает, что туманности имеют очень малую плотность и, следовательно, весьма мало способны удерживать газовые молекулы, находящиеся вблизи их внешних границ.

Рис. 14. Большая туманность в созвездии Ориона

Когда звезды (солнца) посылают свое тепло туманностям посредством излучения света и материальных частиц, то эта энергия сообщает некоторым молекулам дополнительную скорость. Эти молекулы преодолевают притяжение туманности и покидают ее навсегда. Но самые быстрые молекулы характерны как раз для состояний с высокой температурой, и поэтому энергия, которая передается от звезд к туманностям, не повышает температуру последних. По выражению Аррениуса, «энергия распыляется или „портится“ в телах, находящихся в состоянии солнц и, напротив „улучшается“ в телах, которые находятся в состоянии туманностей». Что касается «горячих» молекул, покидающих туманность, то они могут увеличить энергию других активных солнц.

Эту схему весьма любопытно рассмотреть с принципиальной точки зрения. Конечно, трудно сказать, что она в какой-то мере соответствует реальности. Аррениус не учитывает ни превращения вещества в излучение, ни многих других явлений, открытых к настоящему времени. Тем не менее, его теория остается интересной, поскольку она иллюстрирует тот факт, что принцип Карно не должен обязательно приводить к тепловой смерти, и, кроме того, напоминает нам, что статистические законы не могут применяться, если реализуются некоторые особые условия, не предусмотренные в общем случае.

Замечание Анри Пуанкаре

Рассуждения Аррениуса привлекли внимание Анри Пуанкаре, который, правда, не считал их ни легко осуждаемыми, ни полностью убедительными. Но они навели Пуанкаре на мысль о других случаях, где принцип Карно оказывается также неприменимым:

«Тепло отличается от живой механической силы, — говорит он, — тем, что горячие тела образованы многочисленными молекулами, скорости которых имеют всевозможные направления в то время, как скорости, приводящие к наличию живой механической силы, направлены в одну и ту же сторону. Совокупность газовых молекул образует газ, который может быть холодным и контакт с которым охлаждает. Напротив, изолированные молекулы являются как бы метательными снарядами, удары которых разогревают. В межпланетном же пространстве молекулы отделены друг от друга огромными расстояниями и являются поэтому изолированными. Следовательно, их энергия как бы повышается качественно, она перестает быть просто теплом и продвигается в разряд работы».

Современная постановка проблемы

Теория Аррениуса рассматривала вечное восстановление миров без учета превращения корпускулярной материи в излучение. На современном уровне наших знаний проблема ставится совсем иначе. Действительно, как мы видели в гл. II, сейчас считают, что часть атомов, из которых состоят различные небесные тела, должна превратиться в излучение. Следовательно, для того чтобы было возможным возрождение миров, необходимо, чтобы имело место обратное явление, а именно, чтобы в некоторых областях вселенной происходило превращение излучения (в особенности гравитации) в корпускулярную материю.

Прежде чем переходить к подробному изложению этой проблемы, рассмотрим сущность такого явления и возможное его значение. Солнце теряет вследствие распада своих атомов одну десятитриллионную долю своей массы в течение года. Ради простоты предположим, что другие небесные тела вселенной теряют массу в той же пропорции и что восстановление начинается с формирования наиболее простых атомов, т. е. атомов водорода, тех первичных элементов, из которых могут образовываться более сложные атомы. Тогда можно вычислить, например, сколько атомов водорода должно рождаться в одном кубическом метре пространства, чтобы процессы превращения корпускулярной материи в излучение и излучения в корпускулярную материю компенсировали друг друга. Результат вычислений зависит, конечно, от определенных статистических данных, касающихся, в частности, средних плотностей вещества во вселенной, которые еще не известны достаточно точно. Но все же некоторые астрономы получили при вычислениях, что в одном кубическом метре пространства должен рождаться каждые 100 триллионов лет один атом водорода из излучения. Для того чтобы дать представление об этом числе, следует сказать, что слой земной атмосферы толщиной 100 км (если считать от поверхности Земли) занимает объем в 50 триллионов кубических метров; и в этом колоссальном объеме должно рождаться каждые два года лишь по одному атому водорода. Даже если увеличить этот результат, учитывая возможные ошибки при определении исходных данных, в 10 или 100 раз, то можно все же утверждать, что подобное явление восстановления вещества, если бы оно действительно имело место, оставалось бы непосредственно совершенно незаметным. Только некоторые последствия такого явления помогли бы нам обнаружить его существование. Впрочем, было бы неизвестно, происходит ли оно в земной атмосфере, или вблизи небесных тел, или в относительно пустом межзвездном пространстве.

Первые теории, созданные с целью показать возможность такого восстановления корпускулярной материи, как, например, теория Нернста, прибегали еще за помощью к световому эфиру — в том виде, как его представляли в конце последнего века. Это была гипотетическая среда — носитель световых и электромагнитных явлений, заполняющая все пространство, являющаяся одновременно и невесомой и твердой и обладающая столькими противоречивыми свойствами, что пришлось отказаться от предположения о ее существовании. Мы не будем останавливаться на этих теориях, так как их основы были разрушены современной наукой, и рассмотрим те решения данной проблемы, которые можно предвидеть сегодня.

«Материализация» фотона

Проблема могла быть поставлена корректно благодаря созданию квантовой теории света, которая была выдвинута впервые в 1905 г. Эйнштейном и в дальнейшем получила блестящее подтверждение.

В 1925 г. немецкий ученый Штерн поставил вопрос, не может ли столкновение двух частиц света (или, как их называют, двух фотонов) привести к рождению атома водорода, т. е. довольно сложной системы, состоящей из ядра с положительным электрическим зарядом (или протона) и из материальной частицы, заряженной отрицательно (или электрона). Штерн сделал вывод о возможности подобного явления при выполнении целого ряда условий, которые весьма редко могут быть осуществлены, особенно в межзвездном пространстве. Действительно, это возможно, по Штерну, прежде всего лишь в условиях исключительно высокой температуры (равной многим миллионам градусов); впрочем, и обратное превращение, т. е. возникновение двух фотонов вследствие распада атома водорода, требует такой же температуры. Кроме того, для этого необходима исключительно большая плотность фотонов в данной области пространства. В 1931 г. немецкий ученый Доннан пришел к аналогичным выводам (в частности, в отношении температурных условий).

По мнению этих ученых, превращение излучения в корпускулярную материю может происходить лишь во внутренних и очень горячих областях звезд. Оно не может иметь места в межзвездном пространстве, и его нельзя, разумеется, воспроизвести сейчас в лабораториях.

Но вопреки этому мнению именно в лаборатории была осуществлена двадцать лет назад «материализация» фотонов, правда, в рамках иного процесса, чем тот, который рассматривался Доннаном и Штерном. Речь идет об экспериментальных работах Андерсона и супругов Жолио-Кюри. Хотя эти ученые и не занимались построением атома водорода путем столкновения двух фотонов, но, по крайней мере, обнаружили возможность эффективной «материализации» фотонов и создания в лабораториях более сложных атомов из более простых.

Первое явление такого рода было обнаружено в лабораториях в результате изучения некоторых свойств так называемых космических лучей. Космические лучи, приходящие на Землю по всем направлениям из пространства, обладают очень большой проницающей силой и содержат в числе других маленькие заряженные частицы, аналогичные электронам, но заряженные положительно — отсюда их название «положительных электронов» или позитронов. Подобные частицы до 1933 г., когда их открыл американский ученый Андерсон, никогда еще не наблюдались.

Андерсон, бомбардируя пластинку свинца радиоактивным излучением тория, сумел получить в лаборатории те же позитроны, сопровождаемые отрицательными электронами. Он объяснил появление этих частиц тем, что фотон с большой энергией, излучаемый торием, при встрече с ядром атома свинца превращается в две материальные частицы, обладающие противоположными электрическими зарядами. Таким образом, можно сделать вывод о настоящей «материализации» излучения (именно этот термин использовали супруги Жолио-Кюри, которые повторили подобный опыт во Франции), поскольку фотон, частица излучения, рождает две частицы вещества: отрицательный и положительный электроны. Наоборот, если отрицательный электрон встречается с позитроном, то они могут «дематериализоваться» («аннигилироваться»), превращаясь в два фотона (опыты Ф. Жолио и Ж. Тибо).

Супруги Жолио-Кюри пошли гораздо дальше в своих исследованиях и сумели осуществить превращение одних химических элементов в другие, подвергая их воздействию излучения различного рода. В большом числе случаев образованные таким путем новые элементы сразу же распадаются, давая начало третьим элементам (искусственная радиоактивность). Так, например, бомбардируя соответствующим излучением алюминий, эти ученые превратили его в неустойчивый фосфор, который вел себя как радиоактивный элемент в течение нескольких минут, а затем (через достаточно большой промежуток времени) окончательно превращался в кремний. В то же самое время можно было наблюдать образование многочисленных позитронов. Следует обратить внимание на то, что атомное число (соответствующее степени сложности атомной структуры) для получаемого кремния меньше такового для фосфора, но больше атомного числа первичного алюминия.

Эти работы, продолженные многочисленными коллективами ученых всех стран, привели к осуществлению превращений всех известных химических элементов. Более того, они позволили создать совсем новые химические элементы. Если русский ученый Менделеев насчитывал в своей периодической таблице 63 элемента, то теперь их известно уже 101. Новые элементы, полученные искусственным путем, неустойчивы и быстро превращаются вследствие радиоактивного распада в элементы с устойчивыми атомами.

В заключение можно сделать следующий вывод:

1. Корпускулярная «материализация» излучения осуществляется в лабораторных условиях при превращении фотона в пару «электрон — позитрон» и при этом не требуется ни очень высокой температуры, ни исключительной плотности фотонов. Правда, одна из двух частиц, образующихся из фотона, — позитрон, не входит в состав частиц, образующих атомы, и превращается быстро опять в излучение, если образование позитрона происходит не в пустоте (где он может существовать неограниченное время). Но во всяком случае «положительный электрон» — позитрон — существует и является одной из важных составляющих вещества. С другой стороны, возможна «дематериализация» (аннигиляция) двух противоположно заряженных частиц — электрона и позитрона, столкновение которых приводит к возникновению двух или более фотонов.

2. Из атомов, имеющих простое строение, можно построить более сложные атомы, например атомы кремния из атомов алюминия. Такое превращение в направлении, противоположном обычной радиоактивности («восстановление» вещества), часто сопровождается излучением позитронов. Вспомним, что именно на основании этих исследований, касающихся превращения элементов, Бете создал теорию, объясняющую исключительно большое выделение энергии звездами.

В 1939 г., перед второй мировой войной, Ж. Соломон, один из самых многообещающих молодых французских физиков (которого немцы расстреляли 23 мая 1942 г. за его участие в движении Сопротивления), написал относительно понятия материи следующее:

«Не следует таким образом приписывать буквальный смысл выражениям — материализация или дематериализация, обозначающим всего-навсего переход из одного состояния материи в другое…».

На пути к «изготовлению» атомных ядер в лабораториях

По поводу описанных выше опытов можно сделать замечание, что ни в одном из них не наблюдалась «материализация» фотонов в частицы, входящие в состав ядер атомов. Действительно, при всех превращениях, приводящих к возникновению элементов с более высоким атомным весом, участвует излучение, но описанное выше восстановление вещества не сопровождается поглощением излучения.

Современная наука открывает, однако, гораздо более широкие перспективы. Исследования атомных превращений вынудили, как мы уже указывали в гл. II в связи с теорией Бете, заняться конструированием различных ускорителей частиц: циклотронов, бетатронов, синхротронов и др. Благодаря этим ускорителям не только можно осуществлять все более и более многообразные атомные превращения и воссоздать новые недавно открытые составляющие космического излучения, как, например, мезоны, но можно также значительно углубить наши знания относительно строения атома. Было обнаружено, что наряду с электронами и протонами имеются другие частицы, из которых, во всяком случае, нейтроны, имеющие массу приблизительно равную по величине массе ядра атома водорода, но лишенные электрического заряда, играют исключительно важную роль.

В настоящее время во многих странах, в частности, в СССР и США, используют гигантские ускорители частиц. Эти ускорители сообщают частицам энергию в сотни тысяч раз большую, чем та, с которой имел дело в своих опытах Андерсон. Некоторые современные ускорители имеют более 200 метров в диаметре и снабжены магнитами весом в тысячи тонн.

Исключительное значение тех исследований, которые позволят осуществить эти новые ускорители, было подчеркнуто французским физиком Ф. Перреном в сентябре 1952 г. в следующих словах:

«Все это (т. е. новая возможность разрушения или построения атомных частиц. — П. Л.), находится еще в области теории. Однако теперь можно дать себе отчет о том огромном значении, которое это открытие, если оно подтвердится экспериментально, будет иметь с философской точки зрения.

Это будет действительно отрицание метафизики, которая приписывает творение мира сверхъестественному вмешательству».

По-видимому, мы уже стоим на пороге той эпохи, которую предвидел Энгельс, когда он в 1875 г. писал по поводу возрождения миров:

«Вопрос о том, что делается с потерянной как будто бы теплотой, поставлен, так сказать, в чистом виде лишь с 1867 г. (Клаузиус). Неудивительно, что он еще не решен; возможно, что пройдет еще немало времени, пока мы своими скромными средствами добьемся решения его. Но он будет решен; это так же достоверно, как и то, что в природе не происходит никаких чудес…».

Космические лучи

Если экспериментальные доказательства возможности восстановления вещества благодаря превращениям излучения становятся все более многочисленными и убедительными, то все же остается открытым вопрос о том, где происходит во вселенной это восстановление. Мы остановимся на современных представлениях об этих процессах.

Если во вселенной действительно происходит процесс восстановления вещества, то этот процесс, возможно, сопровождается освобождением некоторого «вторичного» излучения. Именно как это «вторичное излучение» можно было бы истолковать поток частиц, приходящих на Землю в составе космических лучей. Вот почему те ученые, которые занимаются вопросами эволюции вселенной, всегда уделяли большое внимание проблеме космических лучей.

Некоторые свойства космических лучей стали известны еще в начале этого века, но лишь гораздо позднее, с помощью наблюдений в стратосфере, было доказано их внеземное происхождение. Тщательное изучение показало, что космическое излучение распределено почти строго равномерно в пространстве, а также во времени, т. е. что практически нет преимущественного направления, в котором космические лучи приходили бы па Землю в большем количестве, и их интенсивность всегда одинакова в любой час и в любое время года. В частности, нет никакого максимума, соответствующего направлению на Солнце или на те или иные участки Млечного Пути.

С другой стороны, энергия, переносимая этими лучами, огромна. Измерения, выполненные как на поверхности Земли, так и на очень больших высотах, показывают, что эта энергия в десятки раз больше той, которая посылается на Землю в виде света и тепла всеми звездами вместе взятыми (если не считать Солнца).

Несмотря на все усилия, физики еще не смогли придти к целиком удовлетворительному объяснению природы огромной энергии этого потока частиц. Вместе с тем, эта проблема имеет фундаментальное значение. Действительно, нельзя не видеть, что никакая космогоническая теория, касающаяся вселенной в целом, не может быть действительно полной, если она не дает приемлемого решения этой проблемы.

«Наши знания еще весьма недостаточны, чтобы предложить в связи с этим излучением нечто другое, кроме отрицательных выводов», — заметил недавно французский ученый П. Оже, и действительно, в настоящее время представляется достоверным лишь то, что космические лучи не посылаются ни Солнцем, ни совокупностью звезд, образующих системы, аналогичные нашему Млечному Пути.

Если не следовать за полетом воображения некоторых сторонников теории расширяющейся вселенной, например Цвикки, Регенера и Леметра, для которых космические лучи были образованы в эпоху «сотворения мира», после чего начался их непрерывный круговорот в конечном и неограниченном мире (одной из моделей Эйнштейна), то необходимо предположить, что они или зарождаются в межзвездном пространстве или излучаются в пространство некоторыми особыми звездами, распределение которых в среднем является более равномерным, чем распределение звезд, окружающих нашу планету.

Высказывалось также предположение о существовании в обширных областях пространства исключительно протяженных электромагнитных полей, которые могли бы, действуя непрерывно, сообщать частицам наблюдаемую большую энергию. Но для того чтобы эту теорию обосновать, необходимо ее дополнить еще довольно произвольным предположением о существовании каких-то сложных процессов, приводящих, в частности, к сохранению той разности потенциалов, которую потоки электронов стремятся все время уничтожить. Таким образом, мы погружаемся здесь, по выражению П. Оже, в «настоящий научный романтизм».

Другая гипотеза была выдвинута около четверти века назад Милликеном. Хотя Милликен выступал после этого с громкими идеалистическими декларациями, но он является все же замечательным экспериментатором. В словах, которые мы ниже цитируем, мы встречаемся, к счастью, с экспериментатором, а не с философом-идеалистом.

Для Милликена «никакие атомные превращения, если это только не процесс формирования атомов, не могут привести к выделению такой энергии».

В своих теоретических набросках того времени американский ученый не рассматривал, правда, вопрос о восстановлении вещества благодаря превращениям излучении, а лишь вопрос о появлении при некоторых условиях атомов с более сложной внутренней структурой (например, атомов гелия) в результате превращения атомов с более простой структурой (например, атомов водорода). Но, с другой стороны, он полагал, что при образовании еще более тяжелых атомов (кислород, кремний, железо) могут возникать космические лучи.

Мы снова встречаемся здесь с гипотезой, с помощью которой Бете объясняет природу источника лучистой энергии звезд. Но Милликен полагает, что данные явления, в частности, соединение четырех атомов водорода и образование атома гелия, могли бы также иметь место внутри туманностей в условиях довольно низкой температуры, если частицы там обладают «очень большой длиной свободного пробега».

Если это так, то атомы водорода должны присутствовать в областях пространства, удаленных от звезд. Это именно тот результат, к которому пришел Боуэн, когда он в 1928 г. окончательно разрешил загадку «небулия». Известно, что спектральный анализ света, излучаемого некоторыми туманностями или некоторыми весьма рассеянными скоплениями материи, позволял предположить о существовании в этих объектах неизвестного до сих пор на Земле химического элемента — «небулия». Боуэн же установил вполне определенно, что это таинственное световое излучение создается наиболее распространенными на нашей планете элементами: кислородом и азотом, но находящимися в особых условиях «в областях, которые отделены от звездных источников возбуждения световыми годами».

Присутствие этих различных элементов делает, следовательно, гипотезу Милликена правдоподобной; конечно, этого еще недостаточно, чтобы доказать ее справедливость, поскольку данный факт, несомненно, может быть вполне объяснен также совсем другим путем.

С другой стороны, можно спросить, не была бы теория воссоздания вещества из атомов водорода, выдвигаемая американским ученым, еще более полной, если бы в нее был включен вопрос об образовании атомов в результате превращения излучения. После работ Андерсона и супругов Жолио-Кюри эта гипотеза представляется не такой уже неправдоподобной, как она казалась пятнадцать лет назад.

Как бы то ни было, но теория Милликена также приводит к отрицанию универсальности принципа Карно, так как по этой теории существование космических лучей свидетельствует о том факте, что некоторые области вселенной возвращаются в известном смысле в прежнее состояние. Правда, некоторые креационисты, как, например, Эддингтон, принимая, как и Милликен, что возникновение космических лучей есть следствие процесса построения тяжелых атомов из легких, пытаются показать, что эти явления не противоречат, по существу, второму началу термодинамики и что тепловая смерть вселенной все равно неизбежна. По нашему мнению, это значит смещать, искажать вопрос.

Существенное соображение было вполне определенно высказано самим Милликеном в ходе глубоких исследований, на которые мы уже ссылались. В умеренных, но справедливых выражениях он подчеркнул, что мы не имеем права на систематическое и умозрительное обобщение принципа Карно:

«В свете этих фактов (перенос большого количества энергии космическими лучами. — Прим. автора), — писал он, — можно взглянуть на второй закон термодинамики, который по странному мнению некоторых ученых является определяющим фактором для теорий происхождения и судьбы вселенной, иными глазами. Ведь этот закон в целом есть лишь простое обобщение тех фактов, повседневно наблюдаемых в земных условиях, что энергия в любой форме стремится превратиться в тепло, в излучение, рассеивающееся в пространстве, после чего она для нас теряется. Таким образом, горячее стремление к его обобщению основано на недостаточных знаниях. Вот почему экспериментатор играл и будет всегда играть столь важную роль в процессе науки. В результате действенного применения экспериментальных методов один за другим обнаруживались факты, которые оставались вне поля зрения теоретиков, даже когда последние, оставаясь в рамках логичных, по их мнению, теорий, уже находили для наблюдаемых фактов их места в цельной цепи последовательных явлений. Не заходят ли теоретики, находящиеся до сих пор в неведении относительно источника наиболее мощного, пожалуй, излучения, слишком далеко в своих заключениях о происхождении и судьбе вселенной?».

Добавим, что если Милликен ставит проблему, касающуюся принципа Карно, корректно и если некоторые из его предположений продолжают привлекать внимание ученых, то все же ничто в самых последних работах о космических лучах не подтвердило пока его гипотез. Вполне естественно, что физики продолжают работать в других направлениях. Одни, как, например, Альфвен, привлекают в качестве ускорителей электронов мощные магнитные поля, которые должны окружать звезды. Аналогичным образом Ферми объяснял происхождение энергии космических лучей при столкновениях частиц с намагниченными облаками межзвездной среды. Другие, как, например, Цанстра, заметили, что сверхновые в момент их вспышки выбрасывают в пространство значительную энергию, что приводит также к возникновению интенсивного космического излучения; это как будто подтверждается очень слабыми колебаниями наблюдаемой интенсивности космического излучения.

Все эти теории Милликена, Альфвена, Ферми, Цанстра, Регенера содержат слабые пункты и не все равноценны в объяснении наблюдаемых фактов. Однако мы пока не имеем оснований для предпочтения одной из них и полного отбрасывания других. Впрочем, возможно, что, поступая таким образом, мы даже совершили бы ошибку. Мы объединяем под названием космических лучей все виды мощного излучения, приходящего, как нам кажется, из глубин вселенной. Тот факт, что мы наблюдали все эти лучи, а поэтому и изучаем во всей их совокупности как нечто целое, совсем не доказывает, что все они имеют одно и то же происхождение. «Первичное» космическое излучение, которое приходит со всех направлений из пространства в верхние слои земной атмосферы, состоит преимущественно из положительно заряженных частиц — протонов. И если говорить только о позитронах, то мы их получаем в лабораториях (т. с. в совсем других условиях) или как результат «материализации» фотонов, или как результат превращений элементов (трансмутаций). Следовательно, является правдоподобным, что космические лучи имеют далеко не единую природу, а представляют собой совокупность излучений, вызванных процессами атомных превращений во вселенной, которые имели место в прошлом или протекают в настоящее время. Притом эти превращения могут принимать весьма различные формы, среди которых помимо рождения некоторых атомов из атомов водорода вполне может фигурировать также «аннигиляция» вещества, а также, если это возможно, рождение атомов водорода как результат «материализации» фотонов.

Роль космических облаков

Другим фактором, возможно, играющим важную роль в «восстановлении» вещества во вселенной, является существование в межзвездном пространстве более иди менее рассеянных скоплений вещества.

По правде сказать, мы мало знаем об этих космических объектах. Часто они являются совсем темными и образуют иногда настоящие черные пятна на звездном небе. В тех, которые немного светятся, можно обнаружить наряду с газами с небольшим атомным весом также более тяжелые элементы, например кальций. Но до сих пор было невозможно точно оценить их массу в той или иной области пространства. Однако многие астрономы полагают, что общая масса облаков рассеянного вещества в Галактике примерно равна суммарной массе звезд.

О происхождении скоплений рассеянного вещества также пока можно сказать мало. Как мы видели в гл. II, их присутствие обнаруживают в тех спиральных галактиках, которые рассматриваются в настоящее время как «молодые». С другой стороны, вполне очевидно, что сгущения диффузной материи должны содержать какие-то остатки «мертвых» небесных светил; потухших звезд, потерпевших катастрофы планет или комет. Они должны также содержать материю, которая выбрасывается из верхних слоев звездных атмосфер, и материю, бурно извергающуюся из звезды, когда она становится новой.

Возникает, следовательно, вопрос, не может ли материя, выделяемая яркими звездами, и материя, существующая внутри «мертвых» галактик, собираться постепенно в других областях пространства и образовывать протяженные диффузные туманности, которые будут затем эволюционировать, превращаясь в спиральные туманности. Для того чтобы такая эволюция соответствовала на самом деле истинному восстановлению миров, необходимо, чтобы образовавшиеся подобным путем галактики в свою очередь могли послужить отправной точкой для возрождения корпускулярной материи из излучения. Из остатков спиральных туманностей могли бы тогда рождаться новые галактики.

Сейчас уже известно, что космические облака, светящие своим собственным светом, возбуждаются излучением очень горячих звезд. Это излучение ионизует атомы облаков, т. е. некоторые фотоны отрывают у атомов электроны и передают им свою энергию. Атомы водорода, имеющие лишь по одному электрону, вращающемуся вокруг ядра (их содержится очень много в межзвездной материи), распадаются при этом на электроны (отрицательные) и свободные протоны (положительные ядра).

Рис. 15. Темная туманность в созвездии Змееносца

Свободные электроны могут снова соединиться с протонами или возбуждать другие атомы. Не сопровождаются ли эти явления «материализацией» некоторых фотонов и превращениями, приводящими к образованию более сложных атомов, что как раз облегчается существованием свободных протонов? Хотя физические условия в этих скоплениях весьма отличны от тех, которые имеют место в звездах или в лабораториях, где возможно осуществление подобных атомных превращений, было бы, несомненно, преждевременным отбрасывать в настоящее время эти гипотезы. Как бы то ни было, полная теория эволюции вселенной все равно должна будет объяснить присутствие и особенно значение и роль межзвездной материи.

Проблема относительной распространенности элементов

Прежде чем закончить эту главу, следует сказать еще несколько слов по поводу проблемы, которая стала изучаться астрономами сравнительно недавно. При подсчете относительных количеств, в которых встречаются во вселенной различные химические элементы, можно заметить, что наиболее распространенными являются элементы с наименьшим атомным весом и прежде всего водород. По мере увеличения атомного веса, т. о. с усложнением атомов, элементы становятся все более и более редкими, а элементы с таким большим атомным весом, как уран, встречаются в относительно ничтожном количестве. В то же время можно констатировать, что одни изотопы химических элементов встречаются гораздо чаще, чем другие.

Подобная относительная распространенность элементов связана, очевидно, с условиями их происхождения. Таким образом, наблюдения дают нам новые и ценные данные для построения рациональной космогонии.

К сожалению, эти данные прежде всего использовались до сих пор креационистами, поддерживающими теорию расширяющейся вселенной, как, например, Леметром, Гамовым или Чандрасекаром. Последние исходят из начального состояния материи в условиях исключительно большой концентрации, очень большой плотности и очень высокой температуры (рассматривают и плотности, превышающие примерно в 10 миллионов раз плотность воды, и температуры, измеряемые десятками миллиардов градусов). Эти работы не дали ничего положительного в деле создания научной теории эволюции вселенной. Вместе с тем, если гипотеза о расширении местного скопления галактик внутри бесконечной вселенной экспериментально подтвердится (мы возвратимся к этому вопросу в главе VIII), некоторые результаты этих работ, возможно, окажутся полезными. Во всяком случае, если мы хотим воссоздать правильную картину истории вселенной, проблема относительной распространенности химических элементов должна быть также разрешена.

Выводы из этой главы

Из всего изложенного в этой главе читатель может заключить, что сейчас еще несколько преждевременно пытаться построить полную теорию возрождения миров. Впрочем, мы и не собирались излагать здесь такую теорию. Мы рассмотрели точку зрения креационистов и показали явную слабость их аргументов, претендующих на научность. Мы увидели, что принцип Карно, на котором они пытаются обосновать свои утверждения о конечности вселенной во времени, далеко не является абсолютным законом, а лишь статистическим результатом. Он справедлив лишь в масштабах человеческих восприятий, и необходимо отказаться от его систематического применения как в бесконечно малом, так и в бесконечно большом. Наконец, «материализация» излучения, которую идеалисты рассматривали как неосуществимое, теперь осуществлена. Возможность «воссоздания» вещества установлена теперь со всей уверенностью, хотя наши настоящие знания еще не позволяют определить конкретно ход этого процесса.

 

I. Теории Леметра и Эддингтона

Теперь нам надо рассмотреть вторую группу теорий, также претендующих на рассмотрение эволюции вселенной в целом: это теории, касающиеся возможного расширения (или растяжения) вселенной. Они являются более поздними и более детальными, чем те, которые основаны на незаконном обобщении принципа Карно. Но мы увидим, что креационисты желают использовать эти теории в прежних целях и пытаются снова сделать вывод об обязательном сверхъестественном рождении вселенной, о возможности развития вселенной лишь в одном направлении.

Поскольку эти теории были встречены весьма благожелательно не только в Англии, где мистически настроенный ученый Эддингтон особенно отличился в их защите, но также и некоторыми французами, причисляющими себя (как, например, Поль Куде) к последователям рационализма, поскольку сам римский папа одобрил их публично в своей речи 22 ноября 1951 г., с ними необходимо познакомиться достаточно подробно. Мы постараемся сначала показать, как большие ученые, находящиеся под воздействием религиозных предрассудков, проявляют настоящую научную нечестность, желая пренебречь даже в рамках той самой теории, которую они воздвигают, всем, что могло бы противоречить идее о творении. Затем, идя дальше, мы перенесем критику на самые основы теории, чтобы показать ее односторонний формализм и ее внутренние противоречия.

Экспериментальные основы теории расширяющейся вселенной. «Разбегание» спиральных туманностей

Когда источник звука перемещается, то достигающий нас звук отличается (мы имеем в виду не силу звука, а высоту его тона) от того, который мы слышим, если этот источник неподвижен. Находясь вблизи полотна железной дороги и наблюдая идущий по направлению к нам и сигналящий паровоз, мы можем заметить, что его гудок имеет более высокий тон, когда паровоз приближается, затем высота тона резко понижается, когда паровоз проходит мимо нас, и становится еще ниже, когда паровоз начинает удаляться от нас. Точно так же в спектре излучения, которое идет к нам от движущегося источника, линии спектра смещены по сравнению с теми же линиями в случае неподвижности того же самого источника. На основании спектрального анализа света, идущего от звезд, можно поэтому заключить, удаляются ли эти небесные тела от нас или приближаются к нам и с какой скоростью они движутся. Подобное исследование спектров спиральных туманностей привело к следующему выводу:

Все наблюдаемые спиральные туманности кажутся удаляющимися от нашей Галактики со скоростью, возрастающей пропорционально расстоянию этих туманностей от нее.

Удаление туманностей было обнаружено в 1919 г.; закон пропорциональности между скоростью и расстоянием был установлен американским астрономом Хабблом в 1929 г. Самые далекие от нас туманности, еще доступные для исследований, убегают от нас с исключительно большой скоростью, достигающей 65 С00 км/сек. Если допустить существование гораздо более далеких туманностей, то они должны были бы удаляться от нас со скоростью, превышающей скорость света (300 000 км/сек). Это противоречит теории относительности, согласно которой никакие тела не могут перемещаться с такой скоростью, поскольку их масса становится тогда бесконечно большой. Если же предположить, следуя многим ученым, специалистам в теории относительности, что противоречие с теорией относительности является лишь кажущимся, то можно придти к выводу, что от таких далеких галактик к нам не может дойти никакое излучение. Наконец, из факта удаления всех туманностей от пашей Галактики можно сделать вывод, что они должны удаляться также и друг от друга по такому же закону. Для астронома, находящегося на другой галактике, это явление имело бы точно такой же вид, как и для нас, что сразу же непосредственно доказывает отсутствие привилегированного положения нашего Млечного Пути.

Таковы факты. Посмотрим теперь, какие объяснения даются этим фактам.

Релятивистское объяснение Фридмана — Леметра

В то самое время, когда ученые задавали себе вопрос, является ли смещение спектральных линий в спектрах галактик следствием их действительного удаления и нельзя ли его объяснить другой причиной, влияющей на световые лучи на их пути между галактиками, была создана новая теория основывающаяся на некоторых результатах Эйнштейна. Эта теория определенно высказывается в пользу первой гипотезы и утверждает, что взаимное удаление спиральных туманностей друг от друга является реальным.

Теория расширяющегося пространства была развита сначала советским физиком Фридманом (1922) на строго научной основе. Затем бельгийский аббат Леметр (1925–1927) принял ее и сделал из нее теологические выводы. Она была довольно мало известной в научных кругах до 1930 г. Но когда в 1930 г. эта теория была одобрена и принята Эддингтоном, она сразу же приобрела значительную популярность.

Леметр исходил из представления о вселенной, наиболее распространенного среди ученых, чрезмерно увлекающихся необоснованными выводами из теории относительности. Было бы слишком долго детально объяснять, в чем заключается это представление, о котором до сих пор мы делали лишь краткие намеки. Мы удовлетворимся лишь тем, что напомним о некоторых существенных пунктах, делая при этом необходимое различие между результатами, относящимися к локальным (местным) свойствам пространства и времени и представляющими собой научные достижения типично диалектического характера, и «моделями», посредством которых некоторые космологи, основываясь на систематических упрощениях и на рискованных обобщениях, некоторые ученые претендуют на схематическое изображение вселенной в целом.

Согласно принципам теории относительности Эйнштейна время и пространство связаны друг с другом и связаны с явлениями, в них происходящими, т. е. другими словами, связаны с материей в самом общем смысле этого понятия. Время и пространство не являются лишь неподвижным фоном, на котором протекают различные явления. Величина промежутка времени между двумя событиями изменяется, например, в зависимости от того, какими часами мы при этом пользуемся: движущимися или неподвижными относительно той системы, где происходят эти события. Свойства пространства настолько тесно связаны со свойствами времени, что следует рассматривать нашу вселенную, как обладающую не тремя, а четырьмя измерениями, из которых три — пространственные, а одно — временное. Но четвертое измерение — время, не играет при вычислениях точно такой же роли, как и остальные три измерения. Вместо того, чтобы говорить отдельно о пространстве и о времени, приходится говорить только об одном пространстве — времени. Но сами свойства этого пространства — времени зависят от количества и распределения материи, содержащейся в нем. В зависимости от того, больше или меньше имеется материи в данной области, пространство — время будет более или менее «искривлено» в этой области. Конкретно это выразится существованием в окрестности данной области большего или меньшего поля сил, притягивающих соседние материальные массы, большим или меньшим отклонением световых лучей и т. д.

Наконец, Эйнштейн обратился также и к проблемам космологии, т. е. к исследованию структуры вселенной, рассматриваемой как целое. Он заключил, что пространство, которое рассматривалось, начиная с Ньютона, как бесконечное, должно быть конечным, не являясь, однако, ограниченным: другими словами, луч света никогда не достигнет какой-либо «границы», но он не может бесконечно удалиться от начального пункта и в конце концов возвратится к этому пункту.

В пространстве с меньшим числом измерений, а именно с двумя, человек, который будет идти все время вперед по поверхности шарообразной Земли, никогда не придет к ее «краю» (что имело бы место, например, в случае плоской дискообразной Земли), а возвратится на то же место, откуда он вышел, описав по земному шару круг. Наш путешественник мог бы обойти всю поверхность Земли, узнать, что она содержит конечное число квадратных километров, что на ней обитает конечное число жителей. Все на Земле казалось бы ему конечным, но он все же не обнаружил бы никаких ее границ.

Точно так же и во вселенной человек может согласно этим теориям, по крайней мере мысленно, описать и перечислить все звезды и все туманности, поскольку их общее число все же конечно. Однако при этой переписи, если ее выполнить, перемещаясь между небесными телами с невообразимо большой скоростью, никогда нельзя было бы достичь места, где вселенная кончалась бы и начиналось «нечто другое». Мы не будем продолжать наше сравнение, которое станет уже неточным, если мы пойдем по этому пути далее. Действительно, наш предполагаемый путешественник, обегающий поверхность Земли с целью измерения и перечисления всего, что там находится, может покинуть эту поверхность. Он может подняться в воздух, он отправится, возможно, когда-нибудь в межзвездное путешествие. Но наш межзвездный путешественник не сможет никогда покинуть вселенную; он находится в ней и обязательно там останется. Нельзя сказать, впрочем, что он является в некотором роде пленником, поскольку для него не существует ничего вне вселенной.

Работы Фридмана и Леметра, а также более поздние работы Гекмана, де Ситтера и самого Эйнштейна основываются главным образом на следующем теоретическом открытии.

Математические уравнения, которым должна удовлетворять вселенная Эйнштейна, не требуют обязательной устойчивости (т. е. неизменности во времени) вселенной. Существует целый ряд решений этих уравнений, согласно которым вселенная не может сохранять постоянные размеры, а должна обязательно или растягиваться или сжиматься, или попеременно то растягиваться, то сжиматься и не может оставаться в одном и том же состоянии (в настоящее время она расширяется). Говорят также, что колеблется «радиус» вселенной, характеризующий ее размеры так же, как, например, радиус Земли характеризует величину поверхности Земли. Впрочем, само значение этого радиуса очень трудно определить вследствие той неуверенности, которая имеет место сегодня в отношении фундаментальных данных относительно вселенной в целом. Крайние оценки колеблются между несколькими миллиардами и сотнями миллиардов световых лет (наиболее поздние оценки входят, в общем, в число наименьших).

Конкретный пример (в системе, имеющей на одно измерение меньше) позволит возможно лучше понять, в чем заключается это растягивание вселенной. Рассмотрим мыльный пузырь, к которому приклеилось несколько пылинок и предположим, что этот пузырь раздувается; его радиус увеличивается и взаимные расстояния между различными пылинками, находящимися на поверхности пузыря, увеличиваются все в одном и том же отношении. Если бы на одной из этих пылинок обитал воображаемый микроскопический астроном, который мог бы измерять расстояния на поверхности, не имея, однако, возможности покинуть эту поверхность, то он обнаружил бы, что все остальные пылинки удаляются от той, на которой он обитает. Он установил бы, что чем дальше находится от него пылинка, тем быстрее она удаляется; он пришел бы к выводу о пропорциональности скоростей удаления пылинок их расстояниям до его собственной пылинки. Однако это сравнение также не следует продолжать далее. Когда мы рассматриваем мыльный пузырь, мы сразу непосредственно видим, в чем заключается, если можно так выразиться, изменение его радиуса; напротив, невозможно чувственно-наглядно представить, в чем заключается растяжение или сжатие вселенной. Единственный конкретный смысл, который имеют для нас эти слова, передается наблюдаемыми следствиями предполагаемого растяжения или сжатия: удаление или, напротив, приближение спиральных туманностей.

Наблюдаемое удаление галактик объясняется, следовательно, по Фридману и Леметру, тем, что вселенная в настоящее время растягивается или, иначе говоря, расширяется. Если принять такую гипотезу, то необходимо сразу же добавить, что это растяжение не может быть однородным (изотропным), т. е. что оно не может быть в каждый момент одинаковым во всех точках и для любого интервала длины (как в масштабах атома, когда речь идет о расстояниях порядка световой волны, так и в бесконечно большом). Действительно, в этом случае оно оставалось бы для нас совершенно незаметным, так как наши единицы длины растягивались бы точно в той же пропорции, что и длины, которые измеряются. Точно так же воображаемый микроскопический астроном, обитающий на поверхности мыльного пузыря, мог бы заметить убегание других пылинок лишь при использовании единицы длины, связанной с пылинкой, на которой он все время живет. Если бы он взял в качестве единицы длины расстояние между двумя соседними пылинками, то он не заметил бы увеличения размеров своего пузыря. Возвращаясь к нашей собственной вселенной и выражаясь несколько более точно, скажем, что если взять за единицу длины метр или величину, связанную со световым излучением какого-либо известного металла (например, длину волны красной линии излучения кадмия, мы не заметим ни растяжения поверхности Земли, ни растяжения солнечной системы, поскольку плотность материи здесь слишком велика по сравнению с плотностью материи во всей вселенной. Тенденция к расширению будет сдерживаться противоположными силами. Практически заметным будет лишь растяжение межгалактических расстояний. Следовательно, имеет место тот факт, что расширение вселенной совсем неощутимо в областях вблизи Земли, но становится весьма значительным в межгалактических пространствах. Именно этим объясняется характер того явления, которое мы наблюдаем.

В том виде, в каком мы ее изложили, теория расширения вселенной, несомненно, покажется многим читателям довольно неправдоподобной, и именно такое впечатление она произвела вначале на многих ученых. Сам Эддингтон, бывший одним из самых ревностных ее защитников, признавал со всей откровенностью:

«Теория, „растягивающейся“ вселенной является в некоторых отношениях настолько безрассудной, что мы конечно, боимся себя ею скомпрометировать. Она содержит элементы, априори настолько непонятные, что вера в нее с чьей-либо стороны меня могла бы почти возмутить, если бы только я сам в эту теорию не верил»

Эддингтон пытался, однако, дать весьма конкретное и поэтому понятное для всех объяснение расширения вселенной. В своем истолковании уравнений теории относительности, лежащих в основе теории Фридмана — Леметра, он говорит, что в них представлена наряду с ньютонианским притяжением сила космического отталкивания. Эта сила, пропорциональная расстоянию, практически неощутима сейчас в солнечной системе и даже в том местном скоплении звезд, куда входит Солнце. Она приобретает исключительное значение в случае больших расстояний, в частности, для различных спиральных туманностей. В то же время силы взаимного притяжения между галактиками становятся очень малыми вследствие очень больших расстояний между ними. Хотя это объяснение в некотором смысле вполне доходчиво, но оно, по существу, извращает истинный характер явления. Действительно, с одной стороны, оно достаточно лишь для факта постоянного расширения вселенной и остается беспомощным в не менее вероятном с точки зрения математических уравнений случае сжатия вселенной. С другой стороны, и это главное, оно прибегает к систематическому рассмотрению двух противоположных сил, что в корне противоречит релятивистскому представлению о вселенной и общей тенденции современной науки. Действительно, понятие силы конкретного происхождения (мускульная сила) все более и более представляется современным физикам как «метафизическое», поскольку оно связано с тенденцией свести к обычным человеческим действиям явления, весьма отличные по своим масштабам и природе. Эта позиция современных физиков согласуется, впрочем, с положениями диалектического материализма. Энгельс, защищая научный труд Гегеля, писал в предисловии ко второму изданию «Анти-Дюринга»:

«Что касается специально Гегеля, то он во многих отношениях стоит гораздо выше современных ему эмпириков, которые думали, что объяснили все необъясненные еще явления, подставив под них какую-нибудь силу — силу тяжести, плавательную силу, электрическую контактную силу и т. д., или же, где это никак не подходило, какое-нибудь неизвестное вещество: световое, тепловое, электрическое и т. д. Эти воображаемые вещества теперь можно считать устраненными, но та спекуляция силами, против которой боролся Гегель, появляется как забавный призрак, например, еще в 1869 г. в инсбрукской речи Гельмгольца».

Выступление Леметра и Эддингтона с идеями о творении

Как бы то ни было, эта новая теория позволяла снова выступить в защиту — на основе иных предпосылок — идеи о сотворении мира. Во главе этого нового наступления креационистов мы находим, разумеется, аббата Леметра, но прежде всего Эддингтона, религиозные и даже мистические настроения которого с особой силой проявились к концу его жизни.

Рассуждения этих креационистов весьма просты. Они утверждают, что вселенная не может пульсировать, т. е. что она всегда находилась в состоянии расширения и всегда будет расширяться. Но тогда, заглядывая в прошлое, можно заключить, что вселенная имела по мере удаления от настоящего времени все меньшие и меньшие размеры. Нам придется остановиться на таком моменте, когда «радиус вселенной» был почти равен нулю. Обратиться в нуль этот радиус, очевидно, не мог, следовательно, необходимо предположить, что данный момент и был моментом начала вселенной, моментом ее творения.

Исходя из скорости расширения в настоящее время, находят, что радиус вселенной должен был быть близок к нулю несколько миллиардов лет назад. Этот результат показался сначала полностью противоречащим другим вычислениям. Действительно, он был получен еще тогда, когда считалась справедливой длинная шкала времени и когда оценивали возраст звезд и галактик в триллионы лет. Но мы видели в гл. II, что более поздние работы заставили астрономов отказаться от длинной шкалы и принять, по крайней мере для звезд, короткую шкалу, в которой имеют дело как раз с миллиардами лет. С другой стороны, теория расширения вселенной приводила к выводу о более значительной концентрации звезд в прошлом, что позволило объяснить большую распространенность планетных систем (это было в то время, когда пользовалась успехом теория Джинса, объясняющая происхождение солнечной системы как следствие сближения двух звезд). Было, наконец, замечено, что исключительная плотность материи в эпоху минимального радиуса вселенной могла благоприятствовать образованию тяжелых химических элементов, т. е. элементов с большим атомным весом, имеющимся в звездах (теория Гамова). Действительно, присутствие этих элементов нельзя объяснить на основании одной лишь теории Бете, и многие астрономы полагают, что эти элементы существовали уже до того, как звезды начали свой эволюционный путь. Вся эта цепь фактов, которые кажутся согласующимися друг с другом (вскоре мы увидим, каков может быть настоящий их смысл), была, разумеется, использована приверженцами идеи о творении.

Относительно конкретного способа творения мнения религиозно настроенных сторонников теории расширяющейся вселенной более или менее отличаются друг от друга. Следует, правда, заметить, что в этих случаях речь идет, по существу, лишь о деталях где вступает в свои права научная осторожность. Основное же утверждение о неизбежной необходимости творения — всегда высказывалось с умилительной решимостью.

В своих первых работах сторонники идеи о расширении вселенной вообще полагали, что в начальный момент вселенная стала расширяться, потеряв внезапно равновесие и перейдя в неустойчивое состояние. Позднее аббат Леметр выдвинул гипотезу о том, что все материальные элементы, все вещество вселенной, существовали первоначально в виде единственного атома. Распад этого атома привел к возникновению вселенной и определил ее расширение: «Некоторые осколки (первоначального „атома-отца“. — П. Л.), сохранив способность распадаться, — писал Леметр, — образовали скопления звезд; механизм образования внегалактических туманностей из газового вещества, предложенный Джинсом, мог бы быть принят, если за газовые молекулы считать звезды, наполняющие пространство. К этому случаю вполне могут быть также применимы численные расчеты». Космические лучи являются по этой гипотезе результатом этого сверхрадиоактивного распада «атома-отца», после чего они начали свой «кругооборот» в пространстве. Вопрос о том, что же предшествовало распаду этого гигантского атома, Леметр, как и следовало ожидать, даже не хочет рассматривать.

Следует признать, что эта теория выглядит неправдоподобной и совершенно произвольной. Никакие данные современной науки не позволяют заключить о возможности существования подобного гигантского атома. Леметр отказывается, впрочем, от существования в этом первоначальном атоме внешних электронов; он его рассматривает как «находящийся в состоянии некоторого изотопа нейтрона». Но едва ли можно извлечь отсюда какой-то глубокий смысл, и вполне понятно, что Эддингтон высказывается более осторожно. Он начинает так:

«Соображения относительно общего начала всех вещей почти полностью ускользают из области науки. Мы не можем привести научные аргументы в пользу утверждения о том, что мир был создан именно данным способом, а не каким-либо другим. Но я полагал, что мы все обладаем в этом вопросе некоторым эстетическим чувством».

Эти заботы об эстетике показывают с самого начала, какова настоящая научная цена теории Эддингтона. Он уточняет несколько далее:

«Поскольку я не мог избегнуть этого вопроса о начале, мне представляется, что наиболее удовлетворительной теорией была бы та, в которой начало не являлось бы слишком неэстетичной внезапностью. Это условие может быть удовлетворено лишь во вселенной Эйнштейна, в которой все главные силы находятся в равновесии. Из этого следует, что первичное состояние вещей, как я его представляю, есть равномерное и исключительно редкое распределение протонов и электронов, заполняющих все пространство (сферическое) и остающееся почти в состоянии равновесия o в течение исключительно долгого времени вплоть до того момента, когда одержала верх естественная неустойчивость. Мы увидим далее, что можно вычислить плотность этого распределения; она соответствует почти одному протону и одному электрону на один литр. Но на протяжении длительного промежутка времени небольшие тенденции к нерегулярности накапливаются, и начинается эволюция».

Это объяснение выглядит несколько туманным. Джинс говоря о «руке бога», приводившей в движение эфир, был более откровенным… Эддингтон как будто не хочет рассматривать творение в чистом виде. Истинная причина этой двусмысленной позиции открывается в другой книге того же автора, весьма отличной по своему содержанию, поскольку она предназначена в основном для членов общества «Друзей» (квакеров), к которому принадлежал сам английский астроном.

«Я полагаю, что большинство из вас, — писал Эддингтон, адресуясь к „Друзьям“, — ни в какой мере не отвергает научное объяснение творения: возможно, что оно даже лучше прославит Бога, чем традиционное библейское сказание… Я не скажу, что те, кто желает освятить в некотором роде открытия науки, принимая их как новые признаки могущества Бога, неправы. Но их позиция иногда несколько раздражает ученого, поскольку она рассматривается им, как желание ограничить его дух свободного исследования лишь определенным способом объяснения. Это, по нашему мнению, нехороший метод для согласования научных космологических теорий и религиозных взглядов. Одно сравнение мне позволит, возможно, выразить наше чувство по этому поводу: деловой человек может вполне верить в то, что в его коммерческие дела вмешивается невидимая рука Провидения, так же как она участвует, впрочем, во всех перипетиях жизни, но он был бы изумлен, если бы ему предложили занести Провидение в актив своего баланса. По моему мнению, это не скептицизм, это известная щепетильность нашего ума, который толкает нас против идеи насыщения научных исследований религиозностью».

Но положение Эддингтона становится тогда очень затруднительным в книгах, где он претендует на сохранение видимой научности, как, например, в полупопулярной книге, откуда мы приводили выдержки относительно «эстетики» творения. Без труда можно понять, почему английский ученый старается намекнуть на божественное вмешательство, не говоря о нем явно и не слишком докучая этим читателю. Именно поэтому Эддингтон, возвращаясь к своей гипотезе об очень медленном образовании вселенной из равномерно распределенного вещества, приходит к следующим весьма туманным соображениям:

«Возможно, могут возразить, что если заглянуть достаточно далеко назад, то эта теория не освобождает нас по существу от внезапного начала. Вся вселенная должна появиться в одно мгновение, чтобы она могла затем принять равновесное состояние. Но моя точка зрения иная. По моему мнению, равномерность без какой-либо неоднородности и ничто — не отличаются друг от друга с философской точки зрения. Физической реальностью являются разнородность, события, изменения. Наша исходная гипотеза об однородной покоящейся среде является ничем иным, как упорядоченным изложением тенденции использовать в нашем аналитическом описании различимые объекты и события, историю которых мы намереваемся рассказывать. Поскольку речь идет о данных реальностях, теория имеет средства достичь цели, которые она перед собой ставит и дать объяснение незаметному и постепенному началу. Когда окончательно, вследствие термодинамического вырождения энергии, вселенная достигнет снова однородного состояния той же плотности, то это будет конец физической вселенной. Я не могу себе представит вселенную, отжившую свой век и печально прозябающую остаток вечности. То, что от нее остается, это есть лишь некоторые концепции, которые мы забыли сразу убрать, как только кончили ими пользоваться».

Как не подумать, читая эти странные «умозаключения», о вполне аналогичных рассуждениях немецкого философа Дюринга, которого около семидесяти пяти лет назад так справедливо и остроумно высмеял Энгельс за скрытый креационизм:

«Однако все противоречия и несообразности, — писал Энгельс, говоря о понятии времени у Дюринга, — представляют еще детскую забаву по сравнению с той путаницей, в которую впадает г. Дюринг со своим равным самому себе первоначальным состоянием мира. Если мир был некогда в таком состоянии, когда в нем не происходило абсолютно никакого изменения, то как он мог перейти от этого состояния к изменениям? То, что абсолютно лишено изменений, если оно еще вдобавок от века пребывает в таком состоянии, не может ни в каком случае само собой выйти из этого состояния, перейти в состояние движения и изменения. Стало быть, первый толчок, который привел мир в движение, должен был прийти извне, из потустороннего мира. Но „первый толчок“ есть, как известно, только другое выражение для обозначения бога. Г-н Дюринг, уверявший нас, что в своей мировой схематике он начисто разделался с богом и потусторонним миром, здесь сам же вводит их опять, более заостренными и углубленными, в натурфилософию».

Единственное различие (но весьма существенное) между Дюрингом и Эддингтоном состоит в том, что первый искренне верил в то, что он исключил всякое, даже неявное, вмешательство бога-творца, а второй, напротив, знал очень хорошо, что его рассуждения приведут читателя к мысли о божественном творении. Сам Эддингтон делает, однако, на этот счет лишь краткий намек в заключении.

«Вопрос о начале представляет, по-видимому, — заявляет он, — непреодолимые трудности, если мы открыто не признаем его относящимся к области сверхъестественного».

 

II. Внутренние противоречия предыдущих теорий

Как мы указывали в начале этой главы, можно подойти к критике теорий расширяющейся вселенной Эддингтона и Леметра двумя путями. Не останавливаясь сейчас на вопросе о правильности исходных положений этих теорий, мы покажем сначала внутренние противоречия последних. Мы увидим, что если предполагать существование конечной вселенной и реальность расширения этой вселенной, то ничто не может подтвердить идею о сотворении мира в определенный момент прошлого. К такой идее может привести лишь предвзятая точка зрения, возникшая под влиянием религиозных или идеалистических настроений.

Превращение вещества в излучение должно было бы привести вначале к сжатию вселенной

Первое затруднение, с которым встречаются сторонники теории расширяющейся вселенной, появляется благодаря существующему соотношению между расширением вселенной и превращением вещества в излучение. Мы уже указывали, что в конечной вселенной Эйнштейна свойства пространства-времени тесно связаны с содержащейся в нем материей. Но тогда перед теорией расширяющейся вселенной возникает вопрос, существо которого очень ясно передается в следующей интересной цитате из книги Поля Куде:

«Это представление о конечной вселенной, — писал он, — имеет весьма близкое отношение к изучению происхождения и исчезновения вещества и его превращения в излучение. Размеры вселенной тем больше, чем больше число атомов, содержащихся в нем, но они не изменяются в зависимости от количества излучения. Когда исчезает один атом, то размеры вселенной уменьшаются; наоборот, когда излучение рождает один атом, то размеры вселенной увеличиваются. Если идет речь об одном атоме водорода, то изменения объема вселенной составляют величину порядка 1 куб. метра и, возможно, даже более».

Теории Леметра полностью перевернули эту прежнюю точку зрения. Действительно, они заставляют допустить, что непрерывно рассеиваемая в пространстве энергия вследствие аннигиляции вещества звезд «поглощается на самом деле работой, которая требуется для адиабатического расширения вселенной». Если вселенная расширяется непрерывно, то это ведет к невозможности полного восстановления вещества благодаря превращениям излучения (возможно только частичное восстановление). Таким образом, мы далеки и даже очень далеки от постоянного возрождения миров, о котором мы говорили в предыдущей главе. В таком случае нам рисуется следующая картина будущего вселенной, несомненно, несколько удивительная, но довольно цельная: вещество превращается все более и более в излучение и энергия этого излучения идет лишь на непрерывное увеличение размеров вселенной. Энергия попросту рассеивается и угасает (фотоны, излученные звездами, совершают «кругооборот» во вселенной, постепенно теряя свою энергию).

К сожалению, положение становится более сложным, если возвращаться в прошлое и особенно, если мы хотим изучить более или менее подробно начальные условия в эпоху «творения», идея которого так дорога некоторым сторонникам теории расширяющейся вселенной. Подробное исследование первых работ о расширении вселенной показывает, что если вселенная находилась в таком начальном состоянии, как предполагают креационисты (материя и энергия были в покое), то «вначале» превращение вещества в излучение должно было бы привести не к расширению, а к сжатию вселенной. Как заметил сам Эддингтон, этот вызывающий сомнение пункт имелся в первых, работах Леметра. Конечно, бельгийский аббат посчитал разумным заменить эту неустойчивую вселенную Эйнштейна своим знаменитым первичным «атомом-отцом». Но несмотря на вздохи облегчения, которыми сопровождалась эта находка, следует признать, что соображения о начальном моменте остаются не менее туманными, чем они были в первой гипотезе.

Правильная математическая постановка проблемы

Снова, как и в случае использования принципа Карно, мы приходим к противоречиям, которые кажутся неразрешимыми. Если мы познакомимся несколько ближе с источником этих противоречий, мы видим, что они возникают вследствие более или менее открытого принятия идеи о необходимости творения или, по крайней мере, некоторого «начала вещей мира». Пока вопрос об этом начале остается в стороне, эти гипотезы, несмотря на свою рискованность, не вызывают особых сомнений, но как только мы приближаемся к таинственной эпохе «начала вселенной», все рушится. Но нельзя не напомнить о том, что математические теории, использованные Леметром и Эддингтоном, никак не приводят к обязательному выводу о том, что расширение вселенной должно продолжаться вечно или что оно должно происходить после начального состояния покоя.

Как было показано в работах голландского ученого де Ситтера, теория Леметра с точки зрения математики является в действительности лишь одним из возможных решений проблемы расширения вселенной. Существуют многие другие решения, которые в равной степени можно обосновать. Согласно одному из них вселенная будет все время находиться в состоянии расширения, и она имела несколько миллиардов лет назад минимальные размеры. Однако эта эпоха предшествовала сжатию бесконечно рассеянной среды. В другом решении, еще более интересном, поскольку оно, в отличие от предыдущего, не имеет дела со столь необычным состоянием материи в прошлом, вселенная колеблется (осциллирует), попеременно расширяясь и сжимаясь. Ее радиус достигал минимума несколько миллиардов лет тому назад и с тех пор непрерывно увеличивается, но это увеличение прекратится после достижения некоторого максимума, после чего вселенная снова начнет сжиматься и ее радиус снова примет минимальное значение и так далее. Тому циклу, в котором мы участвуем в настоящее время, предшествовало бесконечное число аналогичных циклов.

В этой гипотезе, которая гораздо меньше изучалась, но тем не менее гораздо больше критиковалась (без достаточных научных оснований), чем гипотеза Леметра, знаменитое «начало вселенной» становится просто моментом начала одного из циклов в развитии вселенной, и уже нет речи о рождении движения из покоя в этот момент или о выбросе материи во всех направлениях благодаря какому-то таинственному колдовству.

Один из немногих ученых, занимающихся гипотезой «осциллирующей вселенной», американский специалист в области термодинамики и теории относительности Толмен (один из тех, кто работал над созданием первой атомной бомбы), писал:

«Мы не имеем сейчас права утверждать, что вселенная была сотворена в некоторый определенный момент прошлого».

 

III. Истинная цена поспешных доказательств

Таким образом, даже если стать на тот путь, на котором находятся Леметр и Эддингтон, то «рождение» вселенной никак не является неизбежной необходимостью; существуют многие другие решения проблемы расширения вселенной, не предполагающие никакого ограничения времени в прошлом. Мы продолжим сейчас критику далее, рассматривая детальнее наблюдательные факты и основные предположения, на которых основывается теория расширяющейся вселенной. Сторонники этой теории опираются главным образом на следующие положения: а) наблюдаемое удаление галактик является реальным, б) вселенная конечна в пространстве, и все галактики во вселенной удаляются друг от друга по одному и тому же закону, в) многочисленные результаты, полученные другими путями, согласуются по величине промежутков времени с результатами, получаемыми в теории расширения вселенной. Рассмотрим последовательно все эти пункты.

Является ли реальным «разбегание» галактик?

Этот вопрос приходит на ум прежде всего. Действительно, представляется возможным, что не перемещения источников света, а какие-то другие явления изменяют свойства световых лучей во время их долгого, длящегося тысячи и миллионы лет пути от далеких спиральных туманностей до пашей Земли.

Некоторые специалисты по теории относительности (например, де Ситтер) уже очень давно предлагали теории строения вселенной, согласно которым свет, идущий от далеких небесных светил, должен испытывать изменения, возрастающие с расстоянием до этих светил. Впрочем, именно с целью проверки этих теорий, в которых спиральные туманности не рассматривались как удаляющиеся от нас, астрономы и предприняли систематическое следование излучения туманностей. Однако оказалось, что эти теории могут объяснить лишь незначительную долю наблюдаемого эффекта.

Другие физики пытались найти совершенно другое объяснение. Они также считали спиральные туманности неподвижными по отношению к нам и полагали, что свет, излучаемый ими, претерпевает на своем пути изменения. Одни думали, что световые лучи, проходя сквозь космические облака, передают атомам некоторую часть своей энергии, быть может, благодаря гравитационному эффекту или вследствие столкновений. Другие ученые утверждали, что свет, излучаемый туманностью, должен затрачивать некоторую часть своей энергии на преодоление притяжения со стороны этой самой туманности.

Все эти теории приводили к эффекту, пропорциональному расстоянию и, следовательно, соответствовали наблюдениям. С точки зрения эволюции вселенной наиболее интересна та теория, в которой предполагалось, что фотоны сталкиваются с атомами, рассеянными в межгалактическом пространстве и передают им часть своей энергии. Можно было бы тогда предположить, что эта передаваемая энергия идет на восстановление вещества из излучения в соответствие со схемой, нарисованной нами в предыдущей главе. Тогда «видимое» разбегание галактик могло бы рассматриваться как экспериментальное подтверждение «воссоздания вещества» в «пустоте» межзвездного пространства.

К сожалению, лабораторные исследования с целью проверки этой теории показали, что при столкновении фотона с электроном вместе с уменьшением энергии фотона происходит и изменение направления его движения (эффект Комптона). Отсюда следует, что если бы свет, посылаемый спиральными туманностями, испытывал по пути к нам изменение вследствие подобных столкновений фотонов и электронов, то мы не могли бы наблюдать спиральные туманности как отдельные объекты на небе. В самом деле, фотоны, отклонившись от своих первоначальных путей, могли бы приходить к нам не только по направлению от излучившего их объекта, но и по любым другим направлениям. Отсюда, конечно, не следует, что в межгалактическом пространстве не происходит столкновений фотонов и электронов. Напротив, подобные столкновения вполне правдоподобны, но они не могут объяснить наблюдаемые свойства излучения далеких галактик. Следовательно, возможно, что за счет энергии фотонов образуются в межзвездном пространстве более или менее сложные атомы, но это явление, по всей видимости, не имеет никакого отношения к рассматриваемому эффекту разбегания галактик.

Что касается двух других предлагавшихся объяснений, которые основываются на гравитационных эффектах (изменение фотонов, рассмотренное А. Ф. Богородским, или влияние галактик, мимо которых идет световой луч), то они, по-видимому, не могут быть приняты в настоящее время, так как отсутствуют экспериментальные доказательства этих, вероятно, слишком слабых эффектов.

Метод Хаббла

Представляется возможным, по крайней мере теоретически, проверить реальность разбегания галактик с помощью наблюдений. Этот метод был разработан Хабблом (которому и принадлежит открытие красного смещения) в сотрудничестве с Толменом.

Принцип, на котором основан этот метод, довольно прост. Известно, что свет образован фотонами и что тела выглядят тем более яркими, чем больше приходит к нам фотонов за один и тот же промежуток времени (например, за одну секунду). Если тело приближается к нам или если мы приближаемся к нему, то мы движемся навстречу фотонам, излучаемым этим телом, и в одну секунду нас достигает большее число фотонов, чем в том случае, когда мы оставались бы неподвижными по отношению к источнику света. Если, напротив, тело удаляется от нас, или мы сами удаляемся от него, то нас достигает за одну секунду меньшее количество фотонов, а если тело удаляется от нас со скоростью света, то к нам не придет ни один фотон. Точно так же путник, наблюдая проходящую колонну демонстрантов, сможет увидеть за одно и то же время меньше или больше людей в зависимости от того, идет ли он сам в том же направлении, в котором движется демонстрация (конечно, более медленно, поскольку в ином случае сравнение не имеет смысла), остается на месте или идет в противоположном направлении.

Отсюда следует, что если спиральные туманности действительно удаляются от нас, то их свет должен быть не только более красным, но также и менее интенсивным. Из двух одинаковых галактик, расположенных на одном и том же расстоянии от нас, та галактика, расстояние до которой остается неизменным, будет казаться более яркой, чем та, которая удаляется. Следовательно, если гипотеза о разбегании галактик соответствует действительности, то число очень ярких на вид галактик должно уменьшаться с расстоянием быстрее, чем в случае ошибочности этой гипотезы; наоборот, число галактик, становящихся невидимыми, должно расти (само собой разумеется, при условии, что в наблюдаемой части пространства распределение туманностей по их собственной яркости в среднем равномерно). Таким образом, должен был бы иметь место дополнительный эффект уменьшения плотности распределения видимых галактик с расстоянием. К несчастью, другие причины, связанные с покраснением света и действующие независимо от того, расширяется или не расширяется вселенная, приводят к эффектам уменьшения плотности видимого распределения того же самого порядка, и это затрудняет измерения.

Первые результаты, полученные этим методом в 1936 г. Хабблом, привели к противоречию с релятивистской теорией расширения вселенной. Само собой разумеется, эти результаты, поскольку они подрывали сами основы теории расширения, подверглись сильной критике. Сторонники Эддингтона и Леметра подчеркивали и безосновательно преувеличивали трудности наблюдений и их неточность. Конечно, было бы очень желательно провести эти исследования заново с учетом всех собранных с тех пор наблюдательных данных. Но во всяком случае, факт, что тот же самый астроном, наблюдения которого легли в основу теорий расширения вселенной, пришел на основании первых результатов, полученных таким экспериментальным путем, к отрицанию этих теорий, является весьма показательным.

Замечание Шацмана

Недавно французский астроном Шацман обнаружил в теориях расширяющейся вселенной другое противоречие, близкое к тому, о котором говорил Хаббл.

Расширение вселенной является одинаковым по всем направлениям и строго пропорциональным расстоянию лишь в том случае, если предположить, что распределение материи в пространстве само является равномерным. Но последнее далеко не соответствует действительности, поскольку наблюдаются значительные концентрации материи в отдельных областях, именно там, где находятся скопления галактик. Поскольку размеры некоторых скоплений галактик достигают десятков миллионов световых лет и имеют тот же порядок величины, что и знаменитый «радиус вселенной», то существование подобных скоплений должно вызывать в явлении расширения значительные неправильности. Эффект покраснения света, идущего от далеких спиральных туманностей, не должен быть в этом случае строго пропорциональным расстоянию в каком угодно направлении, но обязан испытывать заметные отклонения от закона пропорциональности. Однако наблюдения не обнаружили подобные отклонения и естественно сделать вывод о том, что покраснение света далеких галактик имеет своей причиной не расширение, а нечто другое.

Является ли необходимой схема конечной и неограниченной вселенной?

Этот вопрос, возможно, наиболее важный во всей этой дискуссии, часто освещается в популярных книгах плохо. Действительно, в них дают читателю понять, или даже прямо утверждают о том, что конечность пространства есть обязательное следствие общей теории относительности Эйнштейна. Но это отнюдь не так. Как мы уже говорили выше, необходимо различать в трудах Эйнштейна, с одной стороны, фундаментальные законы, выводимые в специальной и общей теориях относительности, которые составляют бесспорное приобретение современной физики и, с другой стороны, модели вселенной, претендующие на полное описание физического мира и являющиеся на самом деле более или менее произвольными созданиями ума. Сам Эйнштейн предлагал несколько моделей вселенной, из которых одна была бесконечной как в пространстве, так и во времени (см. замечание на стр. 194). Выбор модели конечной и неограниченной вселенной, который был сделан столь многими учеными-релятивистами, является в значительной мере субъективным, и он не мог носить иной характер, поскольку сами же эти ученые признают, что наши знания распространяются лишь на часть вселенной и ни в какой мере не на всю вселенную в целом, даже если считать ее конечной. Некоторые астрономы, являющиеся также сторонниками идеи о сотворении, как, например, Милн, отказались от теории конечной вселенной с целью дать другое объяснение разбеганию галактик, рассматриваемому как реальное и происходящее в бесконечном пространстве.

Первая теория Милна: взрыв вселенной

Как мы только что сказали, Милн возвратился к обычному представлению о бесконечности пространства. В своей первой теории он предполагал, что несколько миллиардов лет назад все молекулы вселенной были собраны в очень маленьком объеме. Можно сказать, что они были как бы заключены в некотором закрытом сосуде. Эти молекулы вели себя как молекулы газа, находящегося в аналогичных условиях. Некоторые обладали более быстрым, другие более медленным движением. В какой-то момент они получили возможность сразу вырваться наружу из того объема, где они были собраны (продолжая сравнение, скажем, что стенки сосуда чудесным образом внезапно исчезли). Милн, пренебрегая всеми силами притяжения, а также постоянными столкновениями между различными молекулами, замечает, что после такого «взрыва» молекулы, которые имели наибольшую скорость в начальный момент, будут удаляться от первоначального объема быстрее всего, причем это удаление будет пропорционально скорости. Наоборот, скорость различных молекул будет пропорциональна удаленности последних от первоначального объема.

Ряд других предположений Милна уточняют эту схему. Некоторые близкие друг к другу молекулы в конце концов группируются (здесь Мили прибегает к силам притяжения) и образуют звезды. Соседние звезды также объединяются в группы (что противоречит существующим сейчас теориям) и образуют галактики, которые позднее дают начало скоплениям галактик. Естественно, что скорости этих галактик сохраняют характер скоростей молекул, из которых галактики состоят, и остаются пропорциональными расстояниям, отделяющим галактику от исходного пункта.

Наконец, Милн с помощью целого ряда других гипотез старается показать, что явление разбегания галактик должно выглядеть одинаково, независимо от того, на какой галактике будет находиться наблюдатель, что доказывается также в теориях Леметра и Эддингтона.

Эта теория, приобретшая после своего появления (1933) некоторую популярность, представляет интерес с той точки зрения, что она показывает возможность объяснения эффекта бегства галактик, в котором нет места понятию о расширении вселенной. Но следует, конечно, сказать, что далеко не ясно, какой выигрыш мы получаем, принимая идею Милна, поскольку она содержит набор новых и часто противоречивых гипотез (в частности, относительно сил притяжения). Все это Милн делает для того, чтобы перейти к рассмотрению начального момента (с которого началось творение), гораздо более необычного, чем все, что могли изобрести до настоящего времени. Милн отказывается обсуждать, почему его вселенная «взорвалась», и что могло происходить «ранее». Впрочем, он сам и не мог, собственно говоря, ставить такой вопрос, поскольку этот взрыв служит для него исходным пунктом.

Добавим, что, отвечая своим многочисленным критикам, Милн часто подправлял свои гипотезы. В частности, он ввел в дальнейшем одновременное рассмотрение двух систем времени, благодаря чему «начальный момент», в который вселенная, по предположению, взорвалась, может быть отодвинут назад на бесконечное число лет. Мы возвратимся к этим идеям Милна в следующей главе.

Является ли «разбегание» галактик повсеместным?

Если для объяснения эффекта удаления далеких галактик нет необходимости в предположении конечности пространства, то тем менее необходимо предполагать, что явление, наблюдаемое в пределах нескольких сотен миллионов световых лет от нас, имеет место для всех без исключения галактик, могущих существовать в неизведанных областях вселенной. Мы встречаемся здесь, как и в случае построения теории «тепловой смерти» вселенной, с произвольным и незаконным обобщением на всю вселенную закона, установленного лишь для ограниченной области вокруг Земли.

К тому же, если посмотреть внимательнее на результаты, полученные при изучении спиральных туманностей, то можно заметить, что наблюдения (впрочем, согласующиеся) относятся лишь к сотне далеких галактик. Но ведь их насчитывают сейчас сотнями миллионов. Поэтому нельзя быть даже уверенным, что этот закон справедлив для всех спиральных туманностей, которые могут наблюдаться. Возможно, что более многочисленные наблюдения позволят открыть галактики, не повинующиеся этому закону или даже далекие скопления галактик, находящиеся в состоянии сжатия. Но даже и в том случае, если бы этот закон оставался справедливым во всей области доступной наблюдениям, то и тогда было бы более осторожным с научной точки зрения предположить, что он может не иметь места на расстоянии, превышающем некоторый предел, например, за пределами Метагалактики, к которой мы принадлежим.

Мнимое совпадение возраста небесных тел

Другой аргумент, часто выдвигаемый сторонниками теории расширяющейся вселенной, заключается в удивительном совпадении возраста различных небесных тел, что якобы доказывает одновременность их рождения. Но это совпадение далеко не столь полное, каким иногда его стараются представить.

Несомненно, что возраст как галактики в целом, так и планет солнечной системы оценивается числом лет, заключенным между тремя и пятью миллиардами. Но это согласие, являющееся вполне естественным, если предположить, следуя В. Г. Фесенкову, что планеты формируются вскоре после Солнца в волокнистых туманностях рождающейся галактики, не имеет уже места, если мы сравниваем между собой возраст различных звезд или различных галактик.

Действительно, как мы видели в гл. V, открытия Амбарцумяна позволили сделать неопровержимый вывод о том, что звезды рождаются в Галактике все время. Следовательно, ни в какой мере нельзя отныне претендовать на справедливость идеи о почти одновременном рождении всех небесных тел. Данные наблюдений, которыми сторонники теории расширения слишком часто пренебрегают в угоду чисто формальным теориям, находятся в полном противоречии с этой идеей. Но кроме того, как мы уже заметили на стр. 55, нельзя считать достоверным и то, что фактический возраст нашей Галактики составляет лишь несколько миллиардов лет.

Если говорить также о возрасте спиральных туманностей, то в предыдущей главе мы указывали, что галактики эволюционируют во времени. Но этот факт, принимаемый всеми, влечет за собой вывод о существенном различии в возрасте между старыми и молодыми галактиками. Вполне правдоподобно, что сферические галактики, являющиеся самыми старыми, имеют возраст, равный или превышающий максимальную продолжительность жизни звезд, т. е. превышающий по крайней мере в 3–4 раза возраст нашей Галактики, относящейся к молодым. Сторонники же теории расширения окончательно принимают за возраст всей вселенной, — впрочем, не без затруднений и после вычислений более или менее дискуссионного характера, — возраст нашей Галактики, оцененный довольно произвольно в несколько миллиардов лет. Мы уже не говорим о том, что возраст скоплений галактик согласно исследованиям Цвикки, значительно больше.

Непрерывное «творение»

Рассмотрение других поспешных доводов в пользу теории расширения приносит нам новые сюрпризы. Например, теория Гамова, претендующая на объяснение происхождения тяжелых элементов в ту начальную эпоху, когда материя находилась в условиях очень большого давления и температуры, далеко не полностью удовлетворяет всех других сторонников теории расширения вселенной. Многие из них, как например, ван Альбада, приходят к заключению, противоречащему основной гипотезе Леметра, и считают, что тяжелые элементы должны были образоваться не при высокой, а при низкой температуре.

Само собой разумеется, что ввиду наличия всех этих противоречий многочисленные сторонники теории расширения вселенной искали новых путей объяснений наблюдаемых фактов. Но увлекающий поток идеализма в капиталистических странах настолько силен, что эти новые теории являются еще более нелепыми, еще более далекими от науки, чем те, которые они должны заменить.

Так, например, английский астроном Хойл с целью избежать противоречий, связанных с возрастом различных небесных тел, и избавиться от странной картины вселенной, становящейся со временем все менее и менее плотной, создал модель расширяющейся вселенной, в которой средняя плотность остается постоянной. Хойл отказался от гипотезы конечного и неограниченного пространства, а также от гипотезы начального момента и возвратился к представлению о бесконечности вселенной в пространстве и во времени (это единственный признак здравого смысла во всей его теории). Но ему также было необходимо предположить, что материя, покидающая данную область пространства, заменяется все время новой материей, вновь возникающей и представляющей материал для образования новых галактик. Мы встречаемся, правда, в другой форме, с гипотезой, уже высказанной Джинсом по поводу происхождения спиральных рукавов больших туманностей.

«Люди иногда спрашивают, — добавляет Хойл, — откуда берется эта материя. Ниоткуда! Материя довольствуется тем, что возникает в готовом виде. В некоторый данный момент различные атомы, составляющие материю, не существуют и через мгновение они уже существуют. Я должен признаться, что эта идея может показаться странной… Но ведь все представления о творении являются странными. В прежних теориях предполагали, что в некоторый данный момент возникало целиком все количество материи во вселенной и весь процесс творения представлялся как гигантский взрыв. Что касается меня, то я нахожу эту идею гораздо более странной, чем идею о непрерывном творении…»

Мы посчитали нужным привести эту выдержку почти целиком, поскольку здесь отчетливо виден (и, может быть, гораздо яснее, чем у Эддингтона) исключительно субъективный характер выбора гипотез.

Что касается скорости этого «непрерывного творения», то она довольно мала: один атом за год в объеме, равном, как говорит Хойл, объему собора Св. Павла в Лондоне. Но, по-видимому, эта весьма скромная производительность божественной машины вполне достаточна для того, чтобы успокоить Хойла относительно будущего и дать ему возможность нарисовать в своем воображении мирную картину вселенной, устоявшейся, несмотря на свое расширение, в той же мере, как и тот вечный капитализм, установление которого в наш неспокойный век было бы желательным для каждого добропорядочного английского буржуа.

Хойл, увы, не единственный из тех, кто занимается вопросом об этом странном непрерывном творении. Аналогичные теории построены в Англии Бонди и Голдом, в Германии же Иордан, основываясь на мистических соображениях относительно каких-то целочисленных соотношений между мировыми постоянными, сделал «открытие», что материя рождается самопроизвольно (за счет потенциальной энергии всей вселенной) в форме сверхгигантских звезд.

 

IV. Правильная научная позиция

К счастью, не все ученые идут по пути Хойла или Иордана и не полагают, как это делают последние, что от противоречий теорий Леметра можно избавиться лишь с помощью изобретений нового способа «творения», еще более экстравагантного, чем те, которые были задуманы их предшественниками. Но задачи желающих бороться против формализма и идеализма в капиталистических странах становятся все более и более сложными и, если не говорить о некоторых мужественных попытках, очень часто изолированных, то борьба против идеалистических теорий расширяющейся вселенной и за истинно научное отношение к проблемам, возникающим при исследовании далеких галактик, развернулась в СССР*, как мы уже подчеркивали в гл. V.

Исключительно острым оружием служит в этой борьбе диалектический материализм — наиболее широкое философское обобщение результатов науки.

Конференция по идеологическим вопросам астрономии, состоявшаяся в ноябре 1948 г. в Ленинграде, о которой мы уже говорили в связи с современными космогоническими исследованиями, показала, что «современные гипотезы основываются на данных, относящихся к внешнему виду туманностей, внутренние же закономерности нам неизвестны».

Следовательно, необходимо увеличить количество наших наблюдений и еще больше и глубже изучать законы эволюции звезд и галактик. Метод, предложенный Хабблом, позволит (возможно, при условии достаточного увеличения числа наблюдений и их точности) окончательно решить этот вопрос. Но не исключена возможность, что будет открыт какой-то новый эффект, пропорциональный расстоянию, позволяющий объяснить покраснение фотонов на их пути в межзвездном пространстве.

Только с того момента, когда исследования позволят дать окончательный ответ о реальности «разбегания» галактик, наука сможет взяться за общую проблему эволюции всей совокупности небесных тел в той части вселенной, которую мы можем наблюдать, и в течение промежутков времени, превышающих возраст самых старых звезд.

Если будет признана реальность расширения, то это расширение следует рассматривать как местное явление (как бы ни были велики его масштабы), свойственное всей Метагалактике (в определении, принимаемом советскими учеными) или некоторой ее части, и надо будет искать, не имеются ли в других частях вселенной скоплений галактик, находящихся в состоянии сжатия. Мы встречаемся здесь с идеей, выраженной еще Толменом незадолго до его смерти:

«Я полагаю, — писал Толмен, — что наше внимание должно быть главным образом уделено не приблизительной пропорциональности красного смещения расстоянию, не приблизительно равномерному распределению галактик, но именно отклонениям, которые мы здесь находим. Возможно, что мы даже обнаружим области вселенной, где имеет место скорее сжатие, чем расширение. Во всяком случае, я на это надеюсь».

Эти местные сжатия материи (происходящие также в очень больших масштабах) в некоторых областях пространства могли бы объяснить (по крайней мере частично) образование тяжелых элементов и восстановление вещества. Если, напротив, «разбегание» галактик окажется лишь видимым явлением, то надо будет решать проблему о том, как в более «спокойной» вселенной, т. е. такой, где нет гигантских местных расширений или сжатий, соответствующих предыдущей гипотезе, излучение может превращаться в вещество.