В наше время возросло значение астрофизических исследований. Если раньше эта область астрономии, занимающаяся изучением физической природы явлений, протекающих в далеких и недоступных глубинах космоса, казалась наиболее отвлеченной и оторванной от реальной жизни, то сегодня именно она приобрела наибольший практический интерес.
Если заняться подсчетом фундаментальных открытий, сделанных за последние десятилетия в различных областях пауки, то мы обнаружим, что астрофизика занимает по этому показателю одно из первых мест в современном естествознании.
Благодаря развитию принципиально новых средств изучения космических явлений и выдающимся открытиям, сделанным в глубинах космоса, благодаря неограниченной возможности черпать уникальную информацию в бесконечно разнообразной природной лаборатории Вселенной сейчас, по-видимому, наступает новая эра в развитии естествознания, эра, в которой астрофизике будет принадлежать ведущее положение.
«Наука значительно продвинулась вперед в изучении Вселенной, в том числе звезд, ядер галактик, процессов протекающих на Солнце, космических лучей, — отмечает вице-президент АН СССР академик В. А. Котельников. Фундаментальные открытия современной астрофизики, связанные с возможностями наблюдения в новых диапазонах электромагнитных волн, прояснили некоторые аспекты эволюции звезд, галактик. Вселенной.
Дальнейшее развитие астрономических наблюдений как с поверхности Земли, так и с помощью космических кораблей и искусственных спутников позволит получать все более полную информацию о многих явлениях в цепи космической эволюции, о загадочных астрофизических объектах».
Вселенная — часть мира
Естествознание изучает не всю материю, а только те или иные ее аспекты, которые определяются характером человеческой деятельности. Сейчас нам вновь придется вернуться к этому вопросу в связи с необходимостью выяснить, что именно мы должны понимать под термином «Вселенная».
Начнем с того, что в научно-популярной и научной литературе то и дело встречаются выражения вроде «начало Вселенной», «границы Вселенной», «когда Вселенной не было»…
Подобные выражения вызывают естественное недоумение: если у Вселенной было начало, следовательно, она не вечна? Но как же в таком случае быть с одним из основных положений материализма о вечности Вселенной?
Чтобы лучше в этом разобраться, попробуем представить себе беседу между двумя воображаемыми персонажами — Любителем астрономии и Философом, занимающимся методологическими проблемами науки о Вселенной.
Любитель. Еще несколько лет назад, читая научно-популярную литературу по астрономии, я отчетливо понимал, что подразумевается под термином «Вселенная». Но в последнее время я совершенно запутался. Может быть, теперь под Вселенной понимают что-либо иное?
Философ. А что, по-вашему, понимали под Вселенной раньше?
Любитель. Если не ошибаюсь, всегда считалось, что Вселенная-это «все существующее».
Философ. Однако термин «существование» в достаточной степени многозначен. И поэтому, необходимо уточнить, о каком именно существовании идет речь.
Любитель. Ну вообще обо всем, что существует во Вселенной.
Философ. Не кажется ли Вам, однако, что при этом получается порочный круг: «Вселенная» — это то, что существует во «Вселенной»?
Любитель. Да, в самом деле…
Философ. И наверное, вряд ли имеет смысл считать существующим то, о существовании чего мы не имеем никакой информации.
Любитель. Понимаю… Тогда, очевидно, существующим следует считать то, что удается непосредственно наблюдать с помощью современных средств научного исследования.
Философ. Это уже нечто более определенное. Но прежде чем принять ваше предложение, попробуем сначала его проанализировать. Если согласиться с вашим определением, то в сравнительно недалеком прошлом под Вселенной мы должны были бы понимать «звездную Вселенную», т. е. нашу Галактику. А сейчас, когда нам известны и другие галактики, часть «Большой Вселенной» Метагалактику.
Любитель. Ну что ж… Видимо, так оно и есть.
Философ. Возможно, все было бы хорошо, если бы не одно «но». К сожалению, и физика, и астрономия уже убедили нас в том, что наблюдаем ость — весьма ненадежный критерий существования.
Любитель. Я не совсем хорошо понимаю, что вы имеете в виду.
Философ. Могу пояснить. Как известно, из-за конечной скорости распространения электромагнитных волн все космические объекты мы наблюдаем с запозданием, тем более значительным, чем дальше они находятся. Скажем, всем известная Полярная звезда расположена на расстоянии около 500 световых лет — значит, мы видим ее такой, какой она была около пяти веков тому назад. Можно ли при таких условиях безоговорочно утверждать, что она существует, на основании того, что мы ее наблюдаем сегодня? Вероятно, существует, поскольку за 500 световых лет со звездой такого типа вряд ли может произойти что-либо кардинальное. И все же это только вероятность. А ведь есть нестационарные космические объекты, где глубокие качественные изменения происходят в сравнительно короткие промежутки времени, буквально в течение нескольких лет? Как быть с ними? Возможны и еще более сложные ситуации. Одним словом, наблюдаем ость как критерий существования для астрономии, на мой взгляд, мало пригодна.
Я думаю, правильнее исходить из другой идеи, согласно которой во Вселенной осуществляется все многообразие физических условий и явлений, допускаемых основными физическими теориями…
Любитель: Но поскольку наши знания об окружающем мире развиваются, а вместе с ними и основные физические теории, это автоматически означает, что различным уровням развития науки соответствуют разные Вселенные.
Философ. Я думаю, Вселенную следует рассматривать не как целостный аспект всего существующего, а применительно к определенному уровню человеческой практики. Другими словами, Вселенная — эта та область процессов и явлений, которая выделена современными научными средствами, наблюдательными и теоретическими.
Любитель: Значит, в самом деле так? Может быть несколько Вселенных! Странная ситуация.
Философ. Ничего странного. Каждая космологическая теория воссоздает Вселенную «по-своему», строит свою модель. И «Вселенные» разных теорий не совпадают друг с другом. Не следует только упускать из вида, что любая такая «теоретическая» Вселенная никогда на станет полностью завершенным «изображением» реального мира. Дальнейшие исследования с неизбежностью будут его дополнять и углублять…
Между прочим, если с этой точки зрения взглянуть на сменявшие друг друга учения о мире, то станет совершенно ясно, что хотя все эти учения претендовали на описание мира в целом, в действительности каждое из них относилось лишь к ограниченной области Вселенной, границы которой при переходе от одного учения к другому постепенно расширялись.
Так, система мира Аристотеля — Птолемея верно отразила некоторые особенности Земли как небесного тела: то, что Земля — шар, что все тяготеет к ее центру… Таким образом, это было учение собственно о Земле.
Система мира Коперника фактически описывала строение Солнечной системы, а система мира Гершеля — строение нашей Галактики…
Вселенная расширяется
Каковы в основных чертах современные представления о Вселенной?
Центральная звезда нашей планетной системы — Солнце входит в состав гигантского звездного острова — галактики. Наша Галактика имеет спиральное строение и состоит из 150 миллиардов звезд. Ее поперечник достигает 100 тысяч световых лет.
За пределами нашей Галактики расположены другие звездные острова. Ближайшие вместе с ней образуют так называемую Местную систему. В нее, в частности, входит знаменитая галактика в созвездии Андромеды, расстояние до которой составляет около 2 миллионов световых лет.
В той области мира, которая доступна современным астрономическим наблюдениям, расположены миллиарды галактик. Их совокупность называется Метагалактикой.
Еще в начале текущего столетия в науке господствовало представление о том, что Вселенная стационарна и в основных своих чертах не изменяется с течением времени.
Однако в 1922 г. талантливый советский математик А. А. Фридман (1888–1925) обнаружил, что уравнения общей теории относительности Эйнштейна, описывающие поведение Вселенной, не имеют стационарных решений.
Из работы Фридмана следовало, что Вселенная должна либо расширяться, либо сжиматься, либо пульсировать. В дальнейшем этот теоретический вывод был подтвержден астрономическими наблюдениями, обнаружившими в спектрах галактик красное смещение спектральных линий. Как известно, подобное явление возникает в тех случаях, когда источник волновых колебаний удаляется от наблюдателя (эффект Доплера).
