РТГ претендует, как видим, на более понятное и единообразное описание поведения тел в силовых полях. Но в конечном счете она усложняет картину мироздания, к тому же не дает принципиально новых предсказаний сравнительно с ОТО и содержит некоторые сомнительные моменты. В философском плане идея локальности гравитации ведет к еще более странным выводам. Если все силы в природе близкодействующие и ни одна из них не отвечает за метрику бытия, то естественно заключить, что сама метрика определяется не в масштабе Вселенной, а локально. Другими словами, пространство и время должны формироваться отношениями внутри каждой системы взаимодействующих тел. Отсюда вывод, что существуют, якобы, нефизические формы пространства и времени: особые химические, биологические, психологические, социальные, а также и более частные метрики.
Сторонники этой философски-релятивистской теории порой ссылаются на релятивистскую физику, однако последняя признает не качественную, а лишь чисто количественную (геометрическую) зависимость пространства и времени от вещества, и притом – только от количественных, а не качественных свойств самого вещества (размера его массы и скорости движения). Теория "нефизической метрики" часто спекулирует на нерешенных проблемах науки (напр., проблема неравновесности хиральных форм вещества в живой природе). Но ее фактическая база сводится к чисто субъективным доводам, напр. – что время “тянется”, когда нам скучно, и “бежит”, когда нам весело. Подобные аргументы не убеждают науку, зато такие воззрения хорошо вписываются в субъективистскую идеологию, – которая, как мы уже знаем, находила свои корни в неклассической науке и продолжает находить их в современном состоянии общества. Видимо, по этой причине спор между РТГ и ОТО волнует необычайно широкую аудиторию и является, в частности, одной из постоянных тем в физических телеконференциях USENET.
В последние десятилетия наука приносит новые аргументы в пользу исходного эйнштейновского понимания метрики Вселенной. Открытие в космосе “черных областей” (см. выше) эмпирически подтвердило вывод ОТО об образовании вещества из энергии гравитации, который многим космологам казался слишком смелым. Возникая из флуктуаций вакуума, сила тяготения как бы "вытягивает" из него вещество, из которого далее строит галактики. В "пузырьках вакуума" и “черных областях” еще почти нет вещества, но есть сильное гравитационное поле; зато в "черных дырах" уже нет вещества, но остается сверхсильное гравитационное поле. А недавно показано (Л.И. Харбедия, 1994), что можно обойтись без предположения о близкодействии гравитации, если разрешить, в определенных случаях, взаимное превращение оси времени и одной из осей пространства (что в принципе допускается теорией относительности).
Но чтобы избавиться от странных субъективистских теорий типа РТГ и "нефизической метрики", видимо, следует признать дальнодействие гравитации. Однако этот вопрос требует более подробного обсуждения существа гравитации и затрагивает проблему единства сил природы. К нему обратимся вновь в начале следующей темы курса.
6. Первая космологическая модель-модель Эйнштейна
Первая космологическая модель была построена А. Эйнштейном в 1917 г. вскоре после создания им Общей теории относительности. Как и все тогда, он считал, что Вселенная должна быть стационарна, она не может направленно эволюционировать. Эта модель создавалась более чем за десять лет до открытия Э. Хаббла. А. Эйнштейн, по-видимому, ничего не знал о больших скоростях некоторых галактик, которые к тому времени уже были измерены. К тому же в то время не было еще надежных доказательств, что галактики — действительно далекие звездные системы. Излагая свою Модель, Эйнштейн писал: «Самое важное из всего, что вам известно из опыта о распределении материи, заключается в том, что относительные скорости звезд очень малы по сравнению со скоростью света. Поэтому я полагаю, что на первых порах в основу наших рассуждений можно положить следующее приближенное допущение: имеется координатная система, относительно которой материю можно рассматривать находящейся в течение продолжительного времени в покое».
Исходя из таких соображений, Эйнштейн ввел космическую силу отталкивания, которая делала мир стационарным. Эта сила универсальна: она зависит не от массы тел, а только от расстояния, их разделяющего. Ускорение, которое эта сила сообщает любым телам, разнесенным на расстояние, должно быть пропорционально расстоянию. Силы отталкивания, если они, конечно, существуют в природе, можно было бы обнаружить в достаточно точных лабораторных опытах. Однако малость величины делает задачу ее лабораторного обнаружения совершенно безнадежной. Действительно, это ускорение пропорционально расстоянию и в малых масштабах ничтожно. Легко подсчитать, что при свободном падении тела на поверхность Земли добавочное ускорение в 1030 раз меньше самого ускорения свободного падения. Даже в масштабе Солнечной системы или всей нашей Галактики эти силы ничтожно малы по сравнению с силами тяготения.. Разумеется, это отталкивание никак не сказывается на движении тел Солнечной системы и может быть обнаружено только при исследовании движений самых отдаленных наблюдаемых галактик.
Так, в уравнениях тяготения Эйнштейна появилась космологическая постоянная, описывающая силы отталкивания вакуума. Действие этих сил столь же универсально, как и сил всемирного тяготения, т. е. оно не зависит от физической природы тела, на котором проявляется, поэтому логично назвать это действие гравитацией вакуума.
Через несколько лет после работы Эйнштейна, А. А. Фридманом была создана теория расширяющейся Вселенной. А. Эйнштейн сначала не соглашался с выводами советского математика, но потом полностью их признал.
После открытия Э. Хабблом расширения Вселенной какие-либо основания предполагать, что в природе существуют космические силы отталкивания, казалось бы отпали.
Первая брешь в этой спокойной классической космологии была пробита еще
в XVIII в. В 1744 г. астрономом Р. Шезо, известный открытием необычной
«пятихвостой» кометы, высказал сомнение в пространственной бесконечности
Вселенной. В ту пору о существовании звездных систем и не подозревали,
поэтому рассуждения Шезо касались только звезд.
Если предположить, утверждал Шезо, что в бесконечной Вселенной
существует бесчисленное множество звезд и они распределены в пространстве
равномерно, то тогда по любому направлению взгляд земного наблюдателя
непременно натыкался бы на какую-нибудь звезду. Легко подсчитать, что
небосвод, сплошь усеянный звездами, имел бы такую поверхностную яркость,
что даже Солнце на его Фоне казалось бы черным пятном. Независимо от Шезо в
1823 г. к таким же выводам пришел известный немецкий астроном Ф. Ольберс.
Это парадоксальное утверждение получило в астрономии наименование
фотометрического парадокса Шезо-Ольберса. Таков был первый космологический
парадокс, поставивший под сомнение бесконечность Вселенной.
Устранить этот парадокс ученые пытались различными путями. Можно было
допустить, например, что звезды распределены в пространстве неравномерно.
Но тогда в некоторых направлениях на звездном небе было бы видно мало
звезд, а в других, если звезд бесчисленное множество, их совокупная яркость
создавала бы бесконечно яркие пятна, чего, как известно, нет.
Когда открыли, что межзвездное пространство не пусто, а заполнено
разреженными газово-пылевыми облаками, некоторые ученые стали считать, что
такие облака, поглощая свет звезд, делают их невидимыми для нас. Однако в
1938 г. академик В. Г. Фесенков доказал, что, поглотив свет звезд, газово-
пылевые туманности вновь переизлучают поглощенную ими энергию, а это не
избавляет нас от фотометрического парадокса.
В конце XIX в. немецкий астроном К. Зеелигер обратил внимание и на
другой парадокс, неизбежно вытекающий из представлений о бесконечности
Вселенной. Он получил название гравитационного парадокса. Нетрудно
подсчитать, что в бесконечной Вселенной с равномерно распределенными в ней
телами сила тяготения со стороны всех тел Вселенной на данное тело
оказывается бесконечно большой или неопределенной. Результат зависит от
способа вычисления, причем относительные скорости небесных тел могли быть
бесконечно большими. Так как ничего похожего в космосе не наблюдается,
Зеелигер сделал вывод, что количество небесных тел ограничено, а значит,
Вселенная не бесконечна.
Эти космологические парадоксы оставались неразрешенными до двадцатых
годов нашего столетия, когда на смену классической космологии пришла теория
конечной и расширяющейся Вселенной.
7.3. Термодинамический парадокс
Мы уже говорили о началах термодинамики и некоторых выводах из них.