8. «Расширяющаяся вселенная»

Одной из характерных попыток обосновать религиозную картину мира исходя из современных астрономических данных является распространенная до настоящего времени в зарубежной науке гипотеза так называемой расширяющейся вселенной.

Еще в 1922 году ленинградский математик А. Фридман выдвинул идею, которая явилась новым важным шагом в развитии представлений о вселенной.

Фридман предположил, что средняя плотность материи в пространстве не является постоянной, а меняется с течением времени. Решая с этой точки зрения уравнение тяготения Эйнштейна, Фридман пришел к выводу, что достаточно большая область вселенной, равномерно заполненная материей, не может находиться в состоянии равновесия: она должна либо расширяться, либо сжиматься.

Расширение или сжатие материальной системы может происходить различными способами. Представьте себе, что несколько человек растягивают во все стороны круг листовой резины, центр которого неподвижно закреплен. Это будет расширение от одного общего центра — все точки растягивающейся резины как бы убегают в разные стороны от одной неподвижной точки. Может быть и другой случай, когда в расширяющейся системе нет ни одной неподвижной точки; иными словами, нет центра расширения. При таком расширении две любые точки системы с течением времени будут удаляться друг от друга. А это означает, что, в какой бы точке подобной системы ни располагался наблюдатель, у него будет создаваться иллюзия, что он находится именно в центре расширения.

Но как ведут себя реальные галактики? Чтобы ответить на этот вопрос, надо изучить, как движутся звездные острова вселенной. Это можно сделать путем анализа световых лучей, которые они испускают.

Свет и спектр

Если пропустить луч света через прямоугольную щель, а затем через стеклянную трехгранную призму, то, проходя сквозь стекло, световые лучи разных длин волн, то есть разных цветов, входящих в состав солнечного света, испытают различные преломления. Вследствие этого наружу они выйдут под разными углами. Опыт показывает, что, чем короче длина волны, то есть чем больше частота колебаний, тем сильнее отклонится световой луч к основанию призмы. Если теперь поставить на пути образовавшегося светового «веера» белый экран, то мы, очевидно, получим на нем ряд параллельных друг другу изображений щели разных цветов. Если источник света излучает все длины волн, а вещество призмы пропускает их, на экране возникает сплошная цветная полоска с постепенным переходом цветов от красного и оранжевого через желтый, зеленый и голубой к синему и фиолетовому — так называемый непрерывный спектр. При этом меньшим частотам будет соответствовать красный конец спектра, а большим — фиолетовый. Пример подобного спектра хорошо известен. Это знакомая всем радуга, которая как раз и представляет собой не что иное, как разложение солнечных лучей в мельчайших водяных каплях.

В других случаях спектры состоят из некоторого, иногда очень большого числа отдельных линий. Их расположение в спектре строго соответствует излучению определенного химического элемента. Спектр — это как бы паспорт химического элемента. Другими словами, каждый химический элемент излучает всегда одни и те же строго определенные длины световых волн. По положению спектральных линий можно судить и о характере движения источника излучения.

Принцип Допплера

В 1842 году австрийский физик Христиан Допплер высказал предположение, что число звуковых колебаний, приходящих в течение одной секунды от источника звука к приемнику, непосредственно зависит от скорости перемещения источника по отношению к приемнику. Каждому из вас, вероятно, не раз приходилось слышать, как звук свистка приближающегося электровоза кажется высоким, но сейчас же резко понижается, как только электровоз, промчавшись мимо, начинает удаляться. Таким образом, воспринимаемая нами частота колебательного процесса — а ведь звук — это не что иное, как колебания воздуха, — при приближении источника колебаний возрастает, а при удалении — понижается. Почему же это происходит?

Представим себе, что артиллерийское орудие, установленное на борту корабля, стреляет по мишени, расположенной в 10 километрах на берегу, и выпускает шесть снарядов в минуту, то есть производит выстрел каждые 10 секунд. Условимся для простоты, что наши снаряды летят по прямой линии с постоянной скоростью, равной 500 метрам в секунду, и, таким образом, преодолевают расстояние от орудия до мишени за 20 секунд.

Если корабль неподвижен, то первый снаряд попадет в мишень через 20 секунд после начала стрельбы, а последующие один за другим с равными интервалами в 10 секунд. Иными словами, частота попаданий снарядов в мишень будет совпадать с частотой выстрелов.

Но если корабль придет в движение, картина сразу изменится. Представим себе сначала, что корабль приближается к берегу со скоростью 10 метров в секунду. Тогда за время, отделяющее один выстрел от другого, то есть за 10 секунд, корабль подойдет к берегу на 100 метров. Но 100 метров наш снаряд пролетит за 0,2 секунды. Следовательно, в результате сокращения расстояния каждый очередной снаряд будет преодолевать его на 0,2 секунды быстрее предыдущего.

Условимся, что первый выстрел сделан с расстояния 10 километров ровно в 12 часов дня. Тогда первый снаряд попадет в мишень в 12 часов 20 секунд. Второй снаряд вылетит из орудия в 12 часов 10 секунд и попадет в мишень в 12 часов 29,8 секунды. Третий вылетит в 12 часов 20 секунд и достигнет цели в 12 часов 39,6 секунды и т. д.

Таким образом, благодаря приближению корабля интервал времени между попаданиями снарядов в мишень сократится с 10 секунд до 9,8 секунды. В этом случае частота попаданий будет превышать частоту выстрелов.

Если корабль будет двигаться в два раза быстрее, то частота попаданий снарядов в мишень увеличится (интервал сократится еще на 0,2 секунды). При движении корабля в обратном направлении результат окажется противоположным: частота попаданий будет ниже частоты выстрелов.

Приблизительно то же самое происходит и при распространении звуковых волн и вообще при любом колебательном процессе. А так как свет представляет собой электромагнитные колебания, то при движении источника света, например звезды или галактики, относительно наблюдателя также должно происходить изменение длин воспринимаемых световых волн. При удалении светящегося объекта линии в его спектре сместятся к его красному концу, а в случае приближения — к фиолетовому.

В 1917 году при изучении света, приходящего к нам на Землю от далеких галактик, было обнаружено красное смещение спектральных линий, которое, как мы уже знаем, характерно для тех случаев, когда источник света удаляется от наблюдателя. В дальнейшем красное смещение было обнаружено в спектрах почти всех галактик, за исключением нескольких ближайших к нам. При этом оказалось, что, чем дальше расположена от нас данная галактика, тем больше сдвиг спектральных линий. Все это давало основания предполагать, что почти все известные нам звездные системы удаляются от нас с огромными скоростями, в сотни, тысячи и десятки тысяч километров в секунду, причем более далекие галактики обладают большими скоростями. Другими словами, получалась картина движения галактик, хорошо согласующаяся с теоретическими выводами Фридмана. Правда, впоследствии был предпринят целый ряд попыток объяснить красное смещение не удалением галактик, а какими-либо другими причинами, но ни одна из них не увенчалась успехом.

В настоящее время допплеровская природа красного смещения линий в галактических спектрах может считаться доказанной. В 1955 году было исследовано радиоизлучение водорода от звездной системы, расположенной в области созвездия Лебедя и удаленной от нас на расстояние около 300 миллионов световых лет. При этом оказалось, что красное смещение наблюдается не только в видимой части спектра этого объекта, но и в области радиоволн. Это окончательно убедило ученых в том, что явление красного смещения вызвано реальным движением галактик.

Разбегаются ли галактики?

Галактики действительно разбегаются во всех направлениях, и это разбегание происходит повсеместно, оно не имеет единого центра; наша Метагалактика находится в состоянии непрерывного расширения. На основе этого реального факта усилиями ряда буржуазных ученых была разработана гипотеза расширяющейся вселенной, которая во многих отношениях напоминает гипотезу «тепловой смерти» мира.

Согласно этой гипотезе, несколько миллиардов лет назад вся материя вселенной была сосредоточена в сравнительно небольшом объеме, где она находилась в состоянии сверхчудовищной плотности. Затем по неизвестной причине началось расширение этого объема, в результате которого образовались галактики, звездные и планетные системы. Расширение продолжается и по сей день. В каждый данный момент вся вселенная заключена в конечном объеме, радиус которого все время возрастает. Некоторые сторонники этой гипотезы к тому же утверждают, что со временем расширение сменится сжатием, которое якобы приведет к гибели всей материальной вселенной.

Нетрудно видеть, что теория расширяющейся вселенной пытается в новом виде возродить и «научно» обосновать религиозные представления о творении мира, о первом толчке и о грядущей гибели вселенной.

В 1952 году во время беседы с астрономами — участниками VIII Международного конгресса в Риме папа Пий XII прямо заявил, что астрономы, наблюдая красное смещение… как бы присутствуют при сотворении вселенной богом.

В ногу с католической церковью шагают и многие буржуазные ученые. Английский астрофизик Милн избрал в качестве эпиграфа к своей книге «Структура мира и расширение вселенной» первые слова Библии: «В начале сотворил бог небо и землю».

Другой известный идеалист, западногерманский физик Иордан, в своей книге «Физика двадцатого века», вышедшей в Нью-Йорке в 1944 году, утверждал, что «не только атомы, звезды и системы млечных путей, но также и пространство и время» были сотворены «10 миллиардов лет тому назад».

Не свидетельствует ли и в самом деле красное смещение в пользу религиозных представлений о сотворении мира?

В самом утверждении о разбегании галактик, разумеется, нет ничего идеалистического, это разбегание — реальный факт. Вполне допустимо также, что в отдаленную эпоху в нашей области вселенной материя могла находиться в качественно ином состоянии, чем в настоящее время. Было бы по меньшей мере неразумно отвергать эти важные соображения только на том основании, что они разработаны учеными-идеалистами, которые к тому же делают из них откровенно религиозные выводы.

Вспомним хотя бы исследования В. Амбарцумяна, открывшего звездные ассоциации и неустойчивые скопления галактик. Если процесс расширения возможен для звезд, а также для объектов еще большего масштаба — галактик, то нет ничего невероятного в том, что он возможен и для системы еще большего масштаба — Метагалактики.

«Расширяющаяся вселенная» и идеализм

Где же в гипотезе расширяющейся вселенной кончается наука и начинается идеализм?

Он начинается тогда, когда картина движения материи, характерная для нашей области пространства, распространяется на всю вселенную в целом, как это было в вопросе о «тепловой смерти» мира. Окружающие нас галактики действительно удаляются друг от друга. Это означает лишь то, что мы находимся в такой области, где в настоящее время происходит разбегание галактик — временное и местное проявление бесконечного разнообразия движения материи в бесконечной и вечной вселенной.

Масштабы и закономерности

Переходя от солнечной системы к Галактике, мы находим весьма серьезные различия. В Галактике не существует центрального ядра, в котором была бы сосредоточена подавляющая часть массы этой звездной системы, в то время как в нашей планетной семье масса всех планет, вместе взятых, ничтожна в сравнении с массой Солнца. И хотя звезды Галактики все же обращаются вокруг ее центра, их орбиты носят весьма сложный характер: ведь на каждую звезду действует притяжение не только со стороны центральной области Галактики, но и со стороны массы окружающих звезд.

В Метагалактике мы встречаемся с новым типом движения, когда все звездные системы поступательно движутся в разные стороны.

Различия между системами разных масштабов отнюдь не ограничиваются картиной движения. Они носят гораздо более глубокий характер. Вспомним, например, о законе всемирного тяготения, который оказался неприменимым к микромиру и, видимо, также неприменим к макрокосмосу.

Вернемся на одну минуту к гипотезе «тепловой смерти» мира. Распространяя принцип стремления энтропии к максимуму, сторонники этой гипотезы тем самым фактически предполагают, что всю вселенную можно рассматривать как замкнутую систему: ведь второй закон термодинамики справедлив только для таких систем.

Другими словами, это означает, что у вселенной нет окружающей среды, с которой она могла бы обмениваться теплом. Но если вселенная бесконечна, то, какую бы ее область мы ни выбрали, она окажется частью более обширной области, эта, в свою очередь, частью еще более обширной, и так до бесконечности. А ведь это значит, что бесконечная вселенная как бы взаимодействует сама с собой.

Бесспорный для любых конечных образований принцип «Целое больше своей части» оказывается совершенно неверным для бесконечных множеств. Чтобы убедиться в этом, нам придется познакомиться с некоторыми свойствами бесконечного.

Одним из самых наглядных примеров бесконечных образований может служить обычный числовой ряд, то есть

1, 2, 3, 4, 5 …..-

натуральный ряд, как называют его математики.

Убедиться в бесконечности множества целых чисел довольно просто. В самом деле, как бы велико ни было избранное нами число, мы всегда можем найти еще одно целое число, получив ого путем прибавления единицы. В том и состоит бесконечность натурального ряда, что в нем не существует самого большого числа, у него нет границы, он неисчерпаем.

Выберем теперь какую-либо часть натурального ряда, например множество всех четных чисел, то есть

2, 4, 6, 8, 10, 12, 14……….

С первого взгляда каждому ясно, что четные числа составляют лишь некоторую часть всех целых чисел. Если исходить из обычных арифметических соображений, с которыми мы привыкли иметь дело, то мы должны будем прийти к выводу, что число всех четных чисел равно половине числа всех целых чисел вообще. Но в тех случаях, когда мы имеем дело с бесконечными множествами, никогда не следует торопиться с выводами. Произведем лучше соответствующую проверку.

Какая бесконечность больше?

Но каким образом сравнить два бесконечных множества, как установить, что они равны друг другу или одно из них больше другого?

Древние люди при подсчете каких-либо предметов загибали пальцы на руках. Один предмет — загнут один палец, два предмета — загнуты два пальца и т. д. Тем самым устанавливалось соответствие между числом загнутых пальцев и числом подсчитываемых предметов. В конечном итоге число загнутых пальцев равнялось числу подсчитываемых предметов. Если оставался хоть один свободный палец, это означало, что число предметов меньше десяти; если же пальцев не хватало, то это значило, что количество предметов превышает десяток.

Попытаемся применить подобный метод сравнения множеств для решения нашей задачи. При этом роль пальцев на руке будут выполнять числа натурального ряда, а роль подсчитываемых предметов — четные числа. «Загибать пальцы» будем по такому правилу: каждому целому числу будем ставить в соответствие четное целое число, получающееся в результате его удвоения, то есть умножения на два. Легко видеть, что таким путем мы последовательно переберем как все без исключения целые, так и все без исключения четные числа. Если выписать соответствующие друг другу числа одно под другим, получатся следующие два ряда:

1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 ….

2, 4, 6, 8, 10, 12, 14 …..

Достаточно взглянуть на них, чтобы сразу убедиться в том, что количество «пальцев» соответствует количеству предметов. В самом деле, какое бы целое число натурального ряда, четное или нечетное, мы ни выбрали, всегда найдется вполне определенное четное число, ему соответствующее. И, с другой стороны, наоборот, любому четному числу может быть поставлено в соответствие одно из чисел натурального ряда, получающееся в результате деления четного числа пополам.

Итак, мы пришли к неожиданному и парадоксальному на первый взгляд результату: бесконечное множество целых чисел содержит такое же количество членов, как и его собственная часть — множество всех четных чисел. Аналогичным образом можно было бы показать, что бесконечное множество точек, содержавшихся в некотором отрезке конечной длины, соответствует числу точек, имеющихся на всей бесконечной прямой.

Таким образом, мы получили наглядное подтверждение того факта, что некоторые положения и закономерности, справедливые для множеств, состоящих из целого числа объектов, оказываются неверными для множеств бесконечных.

Эти математические соображения имеют самое непосредственное отношение и к бесконечной вселенной. Правда, здесь нас интересует уже не только числовая или геометрическая сторона дела, но и физический характер явлений, но тем сложнее будет картина.

Итак, хотя бесконечная вселенная и представляет собой в конечном счете совокупность своих, ограниченных по размерам областей, свойства вселенной вовсе не являются простым повторением свойств ее составных частей.

Случайное или сознательное забвение этого важнейшего обстоятельства неизбежно приводит к серьезным ошибкам и религиозно-идеалистическим выводам, как это и имеет место в гипотезах «тепловой смерти» мира и расширяющейся вселенной.