Неможливо уявити, наскільки нижче в
своєму розвитку виявилося б людство,
якби воно ніколи не бачило зоряного неба.
Анрі Пуанкаре.
Нестационарная Всесвіт Фрідмана
Хоча Олександр Олександрович Фрідман до початку 20-х років зовсім не був невідомим початківцем вченим. Просто він раніше ніколи не займався теоретичною фізикою, оскільки був великим фахівцем з теоретичної метеорології, динаміці атмосфери і вельми відомим математиком. Він відрізнявся неймовірною пунктуальністю, умінням глибоко проникати в суть досліджуваного предмета, влазити в його тонкощі. Не випадково, коли Фрідман зацікавився теорією відносності, його друзі заявили: «Тепер ми будемо, нарешті, знати теорію відносності».
Давайте згадаємо. Всесвіт Ньютона була нескінченною і населеної безліччю зірок. Такий підхід Ньютона зрозумілий; якби число зірок було кінцевим, то, за розрахунками, сила взаємного тяжіння стягнула б їх воєдино в гігантський зоряний клубок. У моделі Всесвіту Ньютона є два парадоксу, непояснених з точки зору його теорії. Судіть самі: якщо число зірок нескінченно, то вони повинні створювати яскраву і рівномірну освітленість неба. А цього насправді немає.
Крім того, в нескінченній Всесвіту саме тяжіння має зростати нескінченно, і це повинно викликати величезні швидкості руху зірок. А на досвіді нічого подібного не спостерігалося.
Ньютон виявив ці невідповідності в своїй моделі, але вирішив цю проблему досить просто, прийшовши до висновку, що Бог завжди присутній у Всесвіті і виправляє ці невідповідності [1].
Намагаючись зрозуміти, що являє собою Всесвіт, Ейнштейн зіткнувся з тими ж труднощами, які народжує нескінченність. У своїй роботі «Питання космології і загальна теорія відносності» він пише: «Мені не вдалося встановити граничні умови для просторової нескінченності ... Якби можна було розглядати світ у його просторової протяжності як замкнутий, то подібного роду граничні умови були б взагалі не потрібні» [ 2].
Натрапивши на ідею кінцевої Всесвіту, Ейнштейн всі свої сили зосередив на пошуки доказів правильності - або хоча б можливості-її існування.
Щоб позбутися від вад нескінченності, Ейнштейн замінив нескінченну «плоску» ньютонову Всесвіт кінцевої. Кінцеве простір за потребою має бути замкнутим і викривленим, подібно до того, як обов'язково викривлена будь-яка замкнута поверхня. Далі Ейнштейн припустив, що середня щільність матерії у Всесвіті є сталою і настільки велика, що забезпечує позитивну кривизну. Треба сказати, що тільки при позитивній кривизні простір замкнутий і звичайно.
Виходячи з факту малих зіркових швидкостей, Ейнштейн припустив, що Всесвіт повинен бути стаціонарної, що її структура і кривизна не повинні змінюватися з часом. Однак з його теорії витікала нова проблема: під дією гравітаційних сил замкнута Всесвіт повинна стискатися. Виходило, що, позбавляючись від неприємностей, пов'язаних з нескінченністю Всесвіту, Ейнштейн натрапив на неприємності, викликані саме кінцівкою, замкнутістю нашого світу.
Щоб вийти зі скрутного становища, і зберегти стаціонарність Всесвіту, Ейнштейн був змушений ввести в свої рівняння поля тяжіння так званий космологічний член. Іншими словами, він ввів нову «антигравітаційну силу», яка утримує зірки на відстані один від одного і перешкоджає стягання Всесвіту. Підтримує стационарность Всесвіту.
«Не від хорошого життя» ввів він цю постійну. «Для того, щоб прийти до цього вільному від протиріч поданням, ми повинні були все ж ввести нове розширення рівнянь поля тяжіння, що не виправдовується нашими дійсними знаннями про тяжіння» [2].
Йому була необхідно стационарность Всесвіту. Тому він стверджував, що простір-час саме по собі завжди розширюється і цим розширенням врівноважується тяжіння всієї іншої матерії у Всесвіті, так що в результаті Всесвіт виявляється статичної.
З великими труднощами, долаючи величезні перешкоди, Ейнштейн, нарешті, побудував модель світу, яка досить добре відображала світ реальний. У всякому разі, у відомих тоді науці межах.
І ось тепер якийсь Фрідман заявляє, що Всесвіт нестаціонарна.
А що, власне, зробив Фрідман? Виявляється, він знайшов спільне рішення системи рівнянь тяжіння, і прийшов до висновку: Всесвіт нестаціонарна, її кривизна змінюється. Рішення Ейнштейна є лише окремим випадком. Рішення Фрідмана відкривало дві можливості: монотонне в одному напрямку, наприклад, безперервне розширення, або періодичне зростання і зменшення кривизни. У другому випадку Всесвіт, немов серце, повинна була то розширюватися, то стискатися.
Через кілька місяців в тому ж журналі з'явилася ще одна маленька замітка. Ось вона цілком. «До роботи А. Фрідмана" Про кривизні простору ". У попередній замітці я піддав критиці названу вище роботу. Однак, моя критика, як я переконався з листа Фрідмана, повідомленого мені паном Крутковим, грунтувалася на помилку в обчисленнях. Я вважаю результати р Фрідмана правильними, і що проливають нове світло. Виявляється. що рівняння поля допускають поряд зі статичними також і динамічні (тобто змінні щодо часу) центрально-симетричні рішення для структури простору »[3].
Ейнштейн не був би Ейнштейном, якби не з'явився цього публічного визнання своєї неправоти.
Але повернемося до нестаціонарної Всесвіту Фрідмана. У своїх дослідженнях Фрідман зробив вихідне припущення: Всесвіт однакова у всіх напрямках і залишається такою, звідки б ми її не розглядали. Довгий час вважалося, що припущення про однаковість Всесвіту є грубим наближенням до реальної Всесвіту. У моделі Фрідмана всі галактики віддаляються один від одного. Це начебто як надута кулька, на який нанесені точки, і якщо його все більше надувати, відстань між точками збільшується. При цьому ні одну з точок не можна назвати центром розширення.
Словом, Фрідман в 1922 році довів, що Всесвіт не повинна бути статичною. Це сталося за кілька років до відкриття Хаббла.
У 1924 році американський астроном Едвін Хаббл показав, що наша Галактика не є єдиною. Існує багато галактик, розділених величезними областями порожнього простору. Якби спостерігач побачив нашу Галактику ззовні, то він виявив би, що вона має вигляд спіралі і повільно обертається. Зірки в її спіральних рукавах роблять приблизно один оборот навколо її центру кожні кілька сотень мільйонів років. Наше Сонце являє собою звичайну жовту зірку середньої величини, розташовану на внутрішній стороні одного з спіральних рукавів.
Продовживши свої дослідження, в 1929 році Хаббл, фотографуючи спектри далеких галактик, отримав незаперечні докази того, що Всесвіт розширюється. Це відкриття Хаббла стало тріумфом Фрідмана, до якого Фрідман не дожив, померши від холери в 1925 році у віці 36 років. Сьогодні відомо, що Всесвіт розширюється за кожну тисячу мільйонів років на 5-10%. Всі галактики віддаляються від нас, причому, чим далі знаходиться галактика, тим швидше вона видаляється.
Відкриття розширюється Всесвіту було одним з великих інтелектуальні переворотів двадцятого століття. Лауреат Нобелівської премії фізик-теоретик Стівен Хокінг пише: «Наявні дані говорять про те, що Всесвіт. ймовірно, буде розширюватися вічно. Єдине, в чому можна бути абсолютно впевненим, так це в тому, що якщо стиск Всесвіту все-таки відбудеться, то не раніше. ніж через десять мільйонів років, бо принаймні стільки часу вона вже розширюється. Але це не повинно нас турбувати: на той час, якщо ми не переселимося за межі Сонячної системи, людства давно вже не буде - воно згасне разом з Сонцем »[4].
Відповідно до теорії Фрідмана, яка дає дивно точний опис нашого Всесвіту, простір-час, наповнений надзвичайно щільною матерією, з'явилося в результаті жахливого вибуху з точки і початок нестримно розширюватися.
Примітки:
Напівфабрикати: шовковиці шовкопряди і цвіркуни
Так, а що у нас продають в морозильних камерах тайських супермаркетів? А, це ж напівфабрикати, шовковиці шовкопряди і цвіркуни! Про сибірські пельмені «Від Палича» тут ніхто нічого не знає.
Календар подій
семінари, тренінги, лекції та зустрічі цього місяця в Росії і в світі