В некоторых случаях «чувствительность» Вселенной к изменению констант просто поразительна. Так, например, достаточно изменить так называемую константу сильного взаимодействия всего на несколько процентов, чтобы Вселенная состояла только из гелия, а более тяжелых элементов в ней попросту не было бы.
Таким образом, факты говорят о том, что Вселенная устроена удивительно удобно для человека. При несколько ином наборе констант человек как наблюдатель не мог бы и возникнуть. В этом и заключается так называемый «антропный принцип», сформулированный Б. Картером в форме афоризма: «Я мыслю, следовательно, мир таков, какой он есть». На волне дискуссий о правомерности этого принципа появилось множество его разнородных формулировок. Обычно говорят о слабой и сильной версиях антропного принципа, отличающихся весьма значительно друг от друга. Суть слабой версии состоит в следующем: «То, что мы ожидаем наблюдать, должно быть ограничено условиями, необходимыми для нашего существования как наблюдателей» (Б. Картер). Здесь самим своим существованием наблюдатель ограничивает предмет наблюдения.
Сильная версия антропного космологического принципа постулирует, что биологический отбор фундаментальных констант определяет специфику и структуру Вселенной, что возникновение Вселенной в значительной мере детерминировано существованием человека. Сильного принципа придерживаются Б. Картер, Ф. Холл, Б. де Витт. Американский физик Дж. Уиллер развивает антропный принцип в его сильной версии в рамках концепции «о соучаствующей Вселенной»: «Человек не просто наблюдает Вселенную, а придает ей существование». Эту концепцию он иллюстрирует явлением поляризации фотона, порожденного в самый ранний период существования Вселенной после Большого взрыва.
Основной недостаток антропного принципа заключается в том, что из него не выводится какой-либо предсказательный факт, позволяющий сохранить теорию или отбросить ее. Физики очень надеются на то, что в будущем, в рамках теоретической физики будут найдены способы объяснения совпадения чисел без привлечения биологического факта существования живых существ и человека.
4. Строение и эволюция галактик
В конце XIX века границы разведанной Вселенной раздвинулись настолько, что включили в себя Галактику. Многие думали тогда, что эта огромная звездная система и есть вся Вселенная в целом.
ИзчегожесостоитВселенная? Хорошовидимаянаночномнебеполоса, густоусеяннаязвездами, - Млечныйпуть - представляетсобой «видвпрофиль» нашейгалактики, тойккоторойпринадлежитСолнце. КромеСолнца, внеевходитещепорядка 150 миллиардовзвезд. Галактикаогромна, имежзвездныерасстояниянамногопревосходятразмерысамихзвезд. Нонашагалактиканеединственна. Существуетмножестводругих, стольжегигантских, образующихМетагалактику - всюнаблюдаемуюВселенную.
Э. Хабблпредложилследующуюклассификациюгалактик:
эллиптические, сфероидыразличнойсплюснутости, состоящиевосновномизстарыхзвезд;
спиральные, в «рукавах», которыхнаходятсямолодыезвезды;
неправильнойформы.
Всеониобразовалисьизпротооблаковмежзвездноговещества, обладающихразличнымимассамииразличнымимоментамиколичествадвижения - характеристикой, показывающей, какдвигалисьразличныечастиоблаковотносительнодругдруга. Вцентрахгалактикнаходятсяядра - компактныескопленияогромногоколичествазвезд, выделяющихгигантскиеэнергиивовсехдиапазонахдлинволн.
Пространствомеждугалактикамиимеждузвездамивнутригалактикнепусто. Вкаждомкубическомсантиметремежзвездногопространствавсреднемнаходитсяодинатомвещества. Еслиатомоввкаждомкубическомсантиметренаберетсясдесяток, тоотакойобластипространстваговоряткакобоблаке. Ономожетбытьобнаруженоспомощьюрадиотелескоповихорошозаметнонаокружающемфоне. Длясравнения: ввоздухе, которыммыдышим, содержитсяпорядка 1019атомоввкаждомкубическомсантиметре, авсамомлучшемвакууме, которыйможетбытьполученвземныхлабораториях, вкаждомкубическомсантиметресодержится 105атомов.
В 1963 годубылиобнаруженызагадочныеобъекты – квазары, представляющиесобойчрезвычайнокомпактныеобразования, размеромсозвезду, ноизлучающие, какцелаягалактика. Вихспектренасплошномфонеизлучениявидныяркиелинии, сильносмещенныевкраснуюсторону, чтоговоритотом, чтоквазарыудаляютсяотнассогромнойскоростью (ирасположеныоченьдалекоотнашейгалактики).
Основнаякосмологическаяпроблема - откудажевзялосьпервоначальноеоблакомежзвездноговещества, изкоторогопроизошливсеэтиобъекты, - остаетсяпо-прежнемузагадочной. Утверждение «Вселеннаясуществовалавсегда» оставляетместодлявопроса, всегдалионабылатакой, какоймывидимеесейчас. ВедьеслиВселеннаясохраняетсвоисвойствавовремениипредставляетсобойболееилименееравномерноераспределениезвездвпространстве, товозникаеттак называемый фотометрическийпарадокс: ночноенебодолжносиять, посколькувлюбомнаправленииближеилидальшеотнасбудетиметьсязвезда. Ноэтогомыневидим. Затомыобнаружили, чтоимеетместо «красноесмещение». Иполагаем, чтовсегалактикиразлетаются. Значит, говоритьотом, чторавномерноераспределение вещества сохранялосьпостоянно, неприходится. Такимобразом, Вселеннаяэволюционирует. В результате Большого Взрыва образовалисьпротоны, электроныидругиеэлементарныечастицы. Взаимодействиеизлучениясвеществомнаопределенномэтапепривелоктому, чтоизлучениеивеществосталиэволюционироватьсразнымтемпом. Обэтом свидетельствует существование такназываемогореликтовогоизлучения, характеризующегораннююстадиюразвитияВселенной и наблюдаемого сейчасввидеоднородногофонадлинноволновогоизлучения, наблюдаемогослюбогонаправления. Частицыстремительноразлетались, взаимодействуямеждусобойвусловияхгигантскихтемператур, постепеннообразовалисьоблака, звезды, внедрахкоторыхидутпроцессыядерногосинтезатяжелыхэлементов. Что же дальше? Всезависитоттого, каковасредняяплотностьвеществавоВселенной. Еслионабольшенекоторогокритическогозначения, тореализуетсямодельзамкнутойВселенной. Поддействиемсилгравитационногопритяжениярасширениепрекратится (примерноещечерез 25 млрд. лет) иначнетсясжатие, врезультатекотороговсевеществовновьсожметсявточку. Еслижеплотностьменьшекритической, тогравитационныесилынесмогутостановитьрасширение. РеализуетсямодельоткрытойВселенной. Через 1015летзвездыостынут, через 1019онипокинутсвоигалактики, ещечерезневообразимобольшиепромежуткивремени (еслиизвестныесейчасфизическиезаконывсеещебудутдействовать) врезультатерадиоактивногораспадавсевеществопревратитсявжелезо, ещегораздопозжежелезные "капли" превратятсявнейтронныезвездыичерныедыры, которыечерез 1067летиспарятся. ОценитьплотностьнаблюдаемойВселеннойнепросто, хотяпоследниеданныеуказываютнато, что, вероятно, онанижекритической, иВселеннаяявляетсяоткрытой.
5. Строение и эволюция звезд
СамымраспространеннымобъектомвоВселеннойявляютсязвезды. Сопоставляяданныедляразличныхзвезд, можнополучитьобщиезакономерностиипроверитьихвыполнениенапримерахдругихзвезд. Согласно современным представлениям о строении и эволюции звезд процессы, связанные с возникновением и эволюцией звезды, выглядят следующим образом.
Сначалаформируетсяпротозвезда. Частицыгигантскогодвижущегосягазопылевогооблакавнекоторойобластипространствапритягиваются друг к другу засчетгравитационныхсил. Происходитэтооченьмедленно, ведьсилы, пропорциональныемассамвходящихвоблакоатомов (восновноматомов водорода) ипылинок, чрезвычайномалы. Однакопостепенночастицысближаются, плотностьоблаканарастает, оностановитсянепрозрачным, образующийсясферический "ком" начинаетпонемногувращаться, растетисилапритяжения, ведьтеперьмасса "кома" велика. Всебольшеибольшечастицзахватывается, всебольшеплотностьвещества. Внешниеслоидавятнавнутренние, давлениевглубинерастет, а, значит, растетитемпература. (Именнотакобстоитделосгазами, которыебылиподробноизученынаЗемле). Наконец, температурастановитсятакойбольшой - несколькомиллионовградусов, - чтовядреэтогообразующегосятеласоздаютсяусловиядляпротеканияядернойреакциисинтеза: водородначинаетпревращатьсявгелий. Обэтомможноузнать, регистрируяпотокинейтрино - элементарныхчастиц, выделяющихсяпритакойреакции. Реакциясопровождаетсямощнымпотокомэлектромагнитногоизлучения, котороедавит (силойсветовогодавления, впервыеизмереннойвЗемнойлабораторииП.Лебедевым) навнешниеслоивещества, противодействуягравитационномусжатию. Наконец, сжатиепрекращается, посколькудавленияуравновешиваются, ипротозвездастановитсязвездой. Чтобыпройтиэтустадиюсвоейэволюциипротозвезденужнонесколькомиллионовлет, еслиеемассабольшесолнечной, инесколькосотмиллионовлет, еслиеемассаменьшесолнечной. Звезд, массыкоторыхменьшесолнечнойв 10 раз, оченьмало.
Массаявляетсяоднойизважныххарактеристикзвезд. Любопытноотметить, чтодовольнораспространеныдвойныезвезды - образующиесявблизидругдругаивращающиесявокругобщегоцентра. Ихнасчитываетсяот 30 до 50 процентовотобщегочислазвезд. Возникновениедвойных звезд, вероятно, связаносраспределениеммоментаколичествадвиженияисходногооблака. Еслиутакойпарыобразуетсяпланетнаясистема, тодвижениепланетможетбытьдовольнозамысловатым, аусловиянаихповерхностяхбудутсильноизменятьсявзависимостиотрасположенияпланетынаорбитепоотношениюксветилам. Весьмавозможно, чтостационарныхорбит, вродетех, чтомогутсуществоватьвпланетныхсистемаходинарныхзвезд (исуществуютвСолнечнойсистеме), неокажетсясовсем. Обычные, одинарныезвездывпроцессесвоегообразованияначинаютвращатьсявокругсвоейоси.