Седьмое доказательство. Виктор Печорин
конечную величину. А поскольку атрибутом материи является пространство, а материя ограничена – значит ограничено и занимаемое ею пространство. Вторым атрибутом материи является время. Значит, материальная вселенная ограничена и во времени!
Существует самая прямая и непосредственная связь между пространством и временем, выражаемая таким принципом: то, что ограничено в пространственном отношении, ограничено и во времени.
В самом деле, сколь ни велика Вселенная, но, коль скоро она ограничена в пространстве, у нее должна быть периферия и должен быть центр. И все объекты, находящиеся на каком-то удалении от центра, под влиянием гравитационных сил должны постоянно и, со всё возрастающими скоростями, падать в направлении этого центра. И, в конечном счете, упасть на него, что и будет означать гибель Вселенной. Возможен и другой вариант: Вселенная расширяется от центра к периферии, её объекты – звезды, галактики, туманности – разлетаются во все стороны, как осколки после взрыва. А разлетаясь, как мы уже знаем, – распадаются в силу явления энтропии. В конце концов, они потеряют друг друга из виду и рассеются в холодном и темном пространстве – и это тоже будет означать гибель Вселенной27. Невозможен только стационарный вариант. Пространственно ограниченная Вселенная не стабильна, она не может существовать вечно: действующие в ней силы рано или поздно разорвут её.
Несмотря на свою очевидность, эта идея лишь сравнительно недавно пришла людям в голову. Вплоть до начала ХХ века Вселенная считалась стационарной, пребывающей в одном и том же состоянии. Даже Эйнштейн, разрабатывая в 1915 г. общую теорию относительности, был уверен в статичности Вселенной.
Однако, применив свою теорию к Вселенной как целой системе, Эйнштейн обнаружил, что такого решения, которому соответствовала бы не меняющаяся со временем Вселенная не получается. Этот результат не удовлетворил великого учёного. Чтобы добиться стационарного решения своих уравнений, Эйнштейн ввёл в них дополнительное слагаемое – так называемую космологическую постоянную («лямбда-член»).
Фактически «лямбда-член» Эйнштейна означает допущение существования некоторой «антигравитационной» силы, которая в отличие от других сил не порождалась каким-либо источником, а была заложена в саму структуру пространства-времени. Эйнштейн утверждал, что пространство-время само по себе всегда расширяется и этим расширением точно уравновешивается притяжение всей остальной материи во Вселенной, так что в результате Вселенная оказывается статической. Однако до сих пор никто не смог найти какого-либо физического обоснования этой таинственной силы.
В начале 20-х гг. советский математик Александр Фридман решил для Вселенной уравнения общей теории относительности, не накладывая условия стационарности. Он доказал, что могут существовать два решения для Вселенной: расширяющийся мир и сжимающийся мир. Полученные Фридманом уравнения используют для
Какой именно из этих вариантов реализован на практике, т. е. какой конец реально ожидает нашу вселенную: «горячий» или «холодный», зависит от того, какова средняя плотность вселенной и нынешняя скорость ее расширения. Если плотность меньше некоторого критического значения, зависящего от скорости расширения, то гравитационное притяжение будет слишком мало, чтобы остановить расширение. Если же плотность больше критической, то в какой-то момент в будущем из-за гравитации расширение вселенной прекратится и начнется сжатие. Скорость расширения вселенной оценивается пока весьма грубо: исходя из того, что мы знаем на сегодняшний день, вселенная расширяется на 5—10% за каждую тысячу миллионов лет. Неопределенность в современном значении средней плотности Вселенной еще больше. Если сложить массы всех наблюдаемых звезд в нашей и других галактиках, то даже при самой низкой оценке скорости расширения сумма окажется меньше одной сотой той плотности, которая необходима для того, чтобы расширение Вселенной прекратилось. Однако и в нашей, и в других галактиках должно быть много темной материи, которую нельзя видеть непосредственно, но о существовании которой мы узнаем по тому, как ее гравитационное притяжение влияет на орбиты звезд в галактиках. Кроме того, галактики в основном наблюдаются в виде скоплений, и мы можем аналогичным образом сделать вывод о наличии еще большего количества межгалактической темной материи внутри этих скоплений, влияющего на движение галактик. Сложив массу всей темной материи, мы получим лишь одну десятую того количества, которое необходимо для прекращения расширения. Но нельзя исключить возможность существования и какой-то другой формы материи, распределенной равномерно по всей Вселенной и еще не зарегистрированной, которая могла бы довести среднюю плотность Вселенной до критического значения, необходимого, чтобы остановить расширение. Таким образом, имеющиеся данные говорят о том, что более вероятен вариант расширяющейся Вселенной.