ДЕМОКРАТИЧНА УКРАЇНА НАУКА
ГАРМОНІЯ ВСЕСВІТУ: НЕСКІНЧЕННІСТЬ УНІКАЛЬНОСТЕЙ
Замість пролога
Останнє десятиліття було насичене подіями й видатними відкриттями в астрономії. Нагадаємо лише про деякі з них.
Рукотворні космічні апарати побували «в околицях» майже всіх планет Сонячної системи. Унаслідок цього, наприклад, наші шкільні знання про те, що навколо Сонця обертається дев'ять великих планет, довелось переглянути. Астрономи вилучили з цієї почесної когорти Плутон — як такий, що за масою на велику планету «не тягне».

Довелося Плутону задовольнитися менш престижним статусом — планетоїда. І нині школярі на уроках астрономії (там де цей основний світоглядний предмет ще не витіснено з програм) вивчають, що в Сонячній системі лише вісім великих планет. Але питання дев'ятої не з'ясовано остаточно. Комп'ютерне моделювання, виконане вченими японського університету Кобе, свідчить, що на околицях Сонячної системи все ж таки має бути ще одна планета, маса якої становить 30% — 70% маси Землі. Вона має обертатися по еліптичній орбіті на відстані 12 млрд км від Сонця з періодом приблизно 1000 земних років. Астрономи таку планету шукають...
На колоземних орбітах невтомно трудяться, передаючи великі обсяги інформації автоматичні орбітальні телескопи. З двох американських апаратів серії «Піонер», що вже досягли меж Сонячної системи, надходять унікальні відомості про взаємодію «сонячного вітру» з міжзоряним простором. Уже кілька років досліджують поверхню Марса американські марсоходи. Вони шукають ознаки життя — бодай у найпримітивніших формах, бодай у минулому... Поки що земна сусідка здається стерильною. А на орбіті обертається апарат «МRО», який нещодавно знайшов на Червоній планеті величезні запаси замерзлої води.
Подібних досягнень у сучасній астрономії й астрофізиці багато.
Отже, з огляду на величезний обсяг нової інформації, варто поміркувати і над таким надзвичайно цікавим питанням: які пріоритети нині панують у космології щодо минулого і майбутнього метагалактики (видимої сфери Всесвіту), чи справдились припущення, що їх висловлювали років десять тому?
Наголосимо: міжнародним науковим загалом концепцію гарячого Всесвіту, що народився внаслідок званого Великому вибуху (ВВ), визнано теорією, оскільки вона підтверджується астрономічними спостереженнями та експериментами, себто практикою. А, як відомо, саме практика є критерієм істини. Коли відбувся ВВ? За останні півстоліття були оприлюднені різні думки з цього приводу — від 10 до 20 млрд земних років тому. Нині цей космологічний параметр дорівнює 13,7±0,2 млрд років. І навряд чи ця величина є остаточною. Методики подібних обчислень постійно вдосконалюються, отже, вік метагалактики і надалі уточнюватиметься. Скажемо більше: кілька місяців тому група американських астрофізиків знайшла аргументи на користь перегляду цього параметра в бік зменшення.
Майже десять років назад автор цих рядків у вміщеній «ДУ» в статті «Його Величність Всесвіт» виклав найпопулярніші в той час наукові моделі виникнення і подальшого розвитку «нашого» Всесвіту. У публікації були висловлені й авторські припущення щодо деяких космологічних проблем.
Найпопулярнішими наприкінці минулого століття серед моделей еволюції гарячого Всесвіту були і залишаються «відкрита», «закрита» («замкнута») та пульсаційна. Розглянемо кожну з них з позицій ХХІ ст. (Про такі екзотичні моделі, як «інфляції», «квінтесенції» та інші, мову не вестимемо, позаяк вони дотепер не підтверджені експериментами та безпосередніми спостереженнями, тому залишаються лише гіпотезами).

Методом виключення
Нагадаємо, що згідно з «відкритою» моделлю, після ВВ розширення й охолодження метагалактики триватиме вічно аж до її так званої «теплової смерті». Цей процес звичайно у ЗМІ називають «розбіганням галактик». Основним аргументом на підтвердження такої моделі є дефіцит маси, яку можна спостерігати в космічному просторі й обліковувати. Донедавна вважалось, що її недостатньо — лише кілька відсотків від потрібної величини — для того, аби силою гравітації зупинити «розбігання» галактик. Проте в названій статті висловлювалось припущення, що, по-перше, маси в космосі є набагато більше, ніж можемо спостерігати наявними нині засобами. Зокрема, є так звана «прихована маса» (різноманітні темні об'єкти, наприклад залишки згаслих зірок, не доступні для спостережень, чорні діри тощо). У той час ще залишалось нез'ясованим питання: чи має масу спокою така дуже поширена у Всесвіті елементарна частка, як нейтрино? У 80-х роках минулого століття група радянських учених у процесі надзвичайно складних і тонких дослідів дійшла висновку, що нейтрино має масу спокою, більшу за нуль. Але такий результат не був підтверджений дослідами інших учених, як це належить у науці. Лише в 2002 році ЗМІ повідомили, що міжнародна команда в складі близько ста вчених зі США, Канади і Великої Британії підтвердила наявність у нейтрино маси спокою. Разом з тим визначено, що вага всіх нейтрино, хоча їх і надзвичайно багато (газетний аркуш щосекунди пронизує до 500 трильйонів цих елементарних часток), зменшує загальний космологічний дефіцит маси лише на 18%. А це дуже мало для того, щоб зупинити силою гравітації розширення метагалактики. Та нині можемо сказати: необхідний для цього резерв маси знайдено. Що мається на увазі?
Останніми роками астрофізики активно обговорювали проблему темної матерії. Її розглядали як поняття гіпотетичне — доказів реального існування не було, але з теоретичних розрахунків наявність її випливала. І тільки на початку 2008 року темна матерія набула в науці повноправного громадянства. Міжнародна група вчених дослідила унікальні фотографії надскупчення галактик у сузір'ї Лева — на віддалі 2,6 млрд світлових років від нас. Знімки зроблено космічним телескопом імені Габбла. Виявилось, що наявна конфігурація галактик в надскупченні та характер їхньої взаємодії могли сформуватись лише під впливом великої маси загадкової темної матерії. Ми ще не можемо її досліджувати, оскільки вона не взаємодіє із звичною речовиною: темна матерія виявляє себе тільки гравітаційно і тільки у великих космічних масштабах. Підраховано, що загальна її вага в усій масі-енергії Всесвіту сягає майже 80%!
Таким чином, якщо підсумувати масу речовини, яку спостерігаємо (зірки, планети із супутниками, комети, астероїди, газо-пилові хмари тощо), плюс 18% маси важко вловимих нейтрино, плюс близько 80% маси темної матерії, виявиться, що загальної маси у Всесвіті цілком достатньо, аби в далекій перспективі силою гравітації перемогти ослаблену простором-часом інерційну силу Великого вибуху і примусити метагалактику припинити розширення і перейти до етапу стиснення матерії.
Застосувавши метод виключення, підсумуємо, що «відкриту» модель еволюції Всесвіту навряд чи можна вважати реальною.

Підстави є, але...
З огляду на новітню наукову інформацію розглянемо ймовірність «закритої» («замкнутої») моделі еволюції Всесвіту. Вище з'ясували, що в космічному просторі маси-енергії достатньо, аби силою гравітації зупинити подальше розширення й охолодження метагалактики. Отже, через певний час, що вимірюватиметься десятками мільярдів років, розпочнеться етап стиснення. За теоретичними розрахунками, стиснення і підвищення температури мають тривати нескінченно; вся маса-енергія Всесвіту прагнутиме «стиснутися в точку» — тобто до зникомо-малого обсягу, що визначається нескінченно великою щільністю і нескінченно високою температурою. Тобто відповідно до «закритої» моделі еволюції метагалактики Великий вибух був лише один — тільки той, що народив «наш» Всесвіт.
У вищеназваній газетній статті ми висловили сумнів у реальності такого сценарію. Адже теоретичні розрахунки і формули, хай би якими точними вони були, базуються на знаних нами фізичних законах. Метагалактика, що розширюється і охолоджується. Однак за умов сингулярності, коли маса-енергія стискується і розігрівається до величезних значень, якість її обов'язково змінюється. (Згадаймо діалектичний закон переходу кількості в якість). Тож можна цілком обґрунтовано припустити, що за нових умов у дію вступлять нові фізичні закони. І вони «зупинять рух матерії» до нескінченно великого тиску і нескінченно високої температури. Ми не знаємо, які вони, ці закони, адже на Землі їх неможливо перевірити експериментально. Та ясно, що величезний тиск і височезна температура порушать атомні структури, електрони будуть втиснуті в зруйновані атомні ядра, речовина і випромінювання перетворяться в однорідну масу і т. п. Тобто властивості матерії докорінно зміняться, а, отже, і підпорядковуватиметься вона іншим законам. Простий приклад. Вода за температури від 0 до 100 °С — рідина (за нормального тиску, що є на поверхні Землі) і підпорядковується гідравлічним фізичним законам. При температурі, нижчій за 0 °С, вода, перетворившись у кригу, має властивості, притаманні твердому тілу. Якщо температура перевищує 100 °С, вода стає парою і поводиться відповідно до законів, справедливих для газу.
Нині можна стверджувати, що для подібної гіпотези є підстави. Маємо тому підтвердження. Упродовж кількох десятиліть астрономи і астрофізики ретельно досліджують у найвіддаленіших ділянках Космосу такі загадкові об'єкти, як квазари (квазізоряні утворення), що випромінюють надзвичайно велику кількість енергії невідомого походження. Останнім часом висловлено думку, що ці об'єкти є вибухами надмасивних чорних дір. Визначено, що випромінюють вони тільки атоми водню і гелію. З огляду на це, нагадаємо, що в перші миті Великого вибуху, коли народився «наш» Всесвіт, також утворилися атоми лише цих найлегших елементів Періодичної системи — водню і гелію. Усі інші, більш важкі хімічні елементи (астрономи їх узагальнено називають металами) синтезувалися і синтезуються в надрах зірок у процесі термоядерних реакцій. Під час вибухання зірок метали викидаються в космічний простір.
Отже, можна припустити, що в надмасивних чорних дірах, коли маса накопичується до критичної межі і силою гравітації стискається і розігрівається до стану сингулярності, під впливом невідомих нам фізичних законів матерія вибухає, перетворюючись в основному на атоми водню і гелію. Назвемо такі події «міні-ВВ» (на відміну від повномасштабних «максі-ВВ», коли народжуються всесвіти).
Таким чином, десять років тому ми висловили цілком логічну думку, що в стані сингулярності (одиничності) маса-енергія не «стиснеться в точку», а на певному етапі зростання щільності й температури спонтанно (без втручання якоїсь надприродної сили) вибухне. Подібне відбувається в циліндрі дизельного двигуна: досягши під тиском поршня певної межі щільності та температури, паливна суміш вибухає.
Усе це означає, що й «закриту» («замкнуту») модель еволюції метагалактики є підстави поставити під сумнів.

Симетрія сущого
У публікації «Його Величність Всесвіт» була висловлена дещо смілива думка про те, що будь-яке достатньо складне космічне тіло є індивідуальним, неповторним, тобто унікальним. Адже зазвичай вік космічних об'єктів — мільйони і мільярди земних років. Тому в еволюції кожного з них чималу роль відіграє, окрім передбачуваних фізичних та хімічних закономірностей, і чинник непередбачуваних випадковостей. Можна сказати: будь-який об'єкт у Всесвіті — чи то галактика, чи зірка, чи планета, чи комета — кожен має власну долю, не схожу навіть на долю «побратимів».
Наприклад, за статистикою, великі катаклізми з космічних чи «домашніх» причин трапляються на нашій планеті в середньому один раз у сто мільйонів років. Отже, за 4,5 млрд років свого існування земля пережила десятки (!) доленосних катастроф, які, безперечно, вплинули на її еволюцію і зробили суттєвий внесок у її вигляд, подобу, кліматичні умови тощо. Чимало з цих катаклізмів мали випадковий, тобто необов'язковий, характер, як, наприклад, зіткнення з великим астероїдом. Останнє сталося на Землі в мезозойську еру 65 млн років тому, коли внаслідок катаклізму вимерли динозаври. Але ж астероїд міг пролетіти й мимо. Або зіткнутися з нашою планетою в іншу епоху. І міг він бути іншої маси? І тоді наслідок був би іншим! Такі роздуми справедливі щодо будь-якого космічного об'єкта.
Подібний погляд раз у раз підтверджується. За допомогою новітніх технічних засобів, зокрема орбітальних космічних телескопів й удосконалених методик, астрономи за останні роки вже виявили близько 250 екзопланет, тобто планет в інших зоряних системах. Число таких знахідок стрімко зростає. Але що цікаво: жодна з двох з половиною сотень посестер по-справжньому на нашу Землю не схожа. Астрономи з великим ентузіазмом шукають планету-близнюка — марно. Насмілимось припустити: навряд чи пошук увінчається успіхом... Бо, напевно, другої Землі, точно такої, як наша, у метагалактиці не було, немає і не буде! Як немає (і не було і не буде!) двох однакових людей серед 6,5 млрд землян. Навіть дуже схожі між собою однояйцеві близнюки відрізняються особистими долями, що суттєво в наших міркуваннях. Наприклад, планети Сонячної системи утворились з одного газо-пилового диску — проте усі вони різні! А фізичні й хімічні характеристики газо-пилових туманностей навколо інших зірок, де утворюються планети, безперечно, також відрізняються від нашого «рідного пращура» — газо-пилового диску, з якого колись утворилась Сонячна система. Ніщо у Всесвіті точно не повторюється!
Отаких цікавих висновків можна дійти, міркуючи над досягненнями астрономії, зокрема космології, останніх десятиліть.

Борис ГВАРДІОНОВ
також у паперовій версії читайте:

назад »»»