Филип Стотт

ЖИЗНЕННО ВАЖНЫЕ ВОПРОСЫ

Глава 5

Когда все это началось?

Рис. 34. Спиральная галактика. Существуют миллионы спиральных галактик наподобие этой. Считается, что они состоят из миллионов звезд, вращающихся вокруг центра. Спираль редко насчитывает более двух витков, если считать от центра к краю. Это свидетельствует о том, что они не могут быть очень старыми.

Даже если бы волна давления и смогла как-нибудь появиться, она довольно быстро угасла бы. Если напрячь воображение, то можно представить себе, каким образом такая идея могла бы, возмржно, объяснить одну-две галактики. Но их миллионы.

В другой гипотезе ad hoc говорится, что из центра спиральной галактики по направлению к ее краям последовательно происходит серия взрывов звезд, и в результате действия ударной волны образуются новые звезды. Подробности в этой гипотезе не ясны и не подтверждены никакими экспериментальными данными, однако она является довольно логичным дополнением к теории "большого взрыва", поскольку предполагает, что ненаблюдаемые взрывы ведут к созидательным процессам. Но если не вводить подобные

объяснения, то наличие спиральных галактик свидетельствует, что максимальный возраст Вселенной как минимум в 100 раз меньше, чем возраст, оцененный с точки зрения теории "большого взрыва", даже если ветви спиральных галактик при их сотворении были совершенно прямыми, без какой-либо спиральной структуры.

Наблюдения убедили астрономов, что галактики не существуют поодиночке, но только группами или "скоплениями". Эти скопления часто содержат множество галактик, возможно, сотни. Все эти галактики, похоже, вращаются с огромной скоростью, двигаясь таким образом, что за короткий промежуток времени они должны были бы рассеяться или отделиться друг от друга. За короткий промежуток времени не должно было бы остаться ни одного скопления галактик, а только одиночные галактики, хаотично блуждающие в пространстве. Как же тогда можно продолжать верить в то, что скоплениям миллиарды лет? Наиболее известное объяснение — это предположить, что в скоплениях должно быть огромное количество массы, которая не может быть обнаружена, и что тяготение этого невидимого вещества удерживает галактики вместе. Поскольку нет никаких доказательств существования этой массы, ее обычно называют "отсутствующей массой". И недостает не просто какого-то небольшого ее количества. В известном скоплении Девы, например, отсутствует более 90% массы, необходимой для того, чтобы не дать ему рассеяться. Некоторые наблюдения могут быть объяснимы, только если допустить, что как минимум 99% требуемой массы отсутствует!

Было сделано много предположений относительно того, какую форму может иметь отсутствующая масса, но одно за другим они были опровергнуты. Серьезным следствием идеи об отсутствующей массе является то, что, согласно теории "большого взрыва", ее наличие уменьшает возраст Вселенной: чем больше отсутствующей массы, тем моложе должна быть Вселенная. Это еще одна крупная проблема в общепринятых представлениях астрономии.

У науки нет приемлемого объяснения тому, каким образом галактики могут все еще находиться в скоплениях, если Вселенная в действительности стара. Если не привносить гипотезы ad hoc, наподобие гипотезы об отсутствующей массе, похоже на то, что максимально возможный возраст скоплений галактик в несколько тысяч раз меньше, чем возраст, оцененный с точки зрения Теории "большого взрыва".

Шаровые скопления считаются одними из самых старых астрономических объектов. Полагают, что они представляют собой гигантские скопления звезд (их число доходит иногда до миллиона), заключенных в сферу. Более сотни таких скоплений расположены недалеко от центра нашей Галактики Млечный Путь. Их существование также плохо согласуется с огромным возрастом Вселенной, оцененным с точки зрения теории "большого взрыва". Прежде всего, некоторые из них, похоже, разбегаются от центра Галактики с такой скоростью, что давно должны были бы исчезнуть; или же, если они проходят сквозь Галактику и только коснулись Млечного Пути, они должны быть искривлены гравитационным притяжением плотного ядра Галактики. Однако они не искривлены, но имеют сферическую форму. Многие скопления, как полагают, вращаются вокруг плотного ядра Галактики с такой скоростью, что они должны проходить сквозь плоскость диска Галактики приблизительно каждые 10 миллионов лет. Считается, что диск Галактики полон газа, пыли и звезд. Гравитационное притяжение Галактики и повторяющиеся столкновения с диском должны были искривить скопления за сравнительно короткий промежуток времени. Но они все еще имеют изумительную сферическую форму.

Каждая звезда в скоплении, как полагают, является солнцем наподобие нашего и испускает "солнечный ветер", состоящий из газа и пыли.

Рис. 35. Шаровое скопление. Шаровые скопления считаются самыми старыми астрономическими объектами. Однако имеется ряд наблюдений, свидетельствующих о том, что они не могут быть очень старыми.

Рис. 36. Плеяды. Плеяды — изумительное звездное скопление, известное под названием Семь Сестер. Считается, что это единственное галактическое скопление, которое не разлетается.

Обнаружить накопившийся газ солнечного ветра сотен тысяч звезд должно быть несложно, но в шаровых скоплениях наблюдается полное отсутствие какого-либо газа или пыли. Чтобы это объяснить, были изобретены интересные гипотезы ad hoc. В наиболее увлекательной предполагается, что всякий раз, когда шаровое скопление проходит через пылевые облака диска Галактики, его газ и пыль выметаются, и скопление выходит сверкающе чистым — подобно тому, как парадный костюм можно очень успешно вычистить, проволочив его по куче пепла! Однако эта идея несостоятельна, поскольку некоторые скопления находятся в таком положении, что если они когда-либо и проходили сквозь диск Галактики и даже были очищены от пыли, то это было так давно, что сейчас они снова должны быть полны газа. Есть несколько причин предполагать, что эти "старые" астрономические объекты на самом деле вовсе не так уж стары. Если не вводить гипотез ad hoc, то максимально возможный возраст шаровых скоплений в несколько тысяч раз меньше, чем оцененный в рамках теории "большого взрыва".

В нашей Галактике есть особые звездные скопления, называемые "галактическими скоплениями" или "открытыми скоплениями". Практически все они, похоже, разлетаются с большой скоростью. Это еще один аспект проблемы "отсутствующей массы". По-видимому, для объединения скоплений их массы недостаточно. Однако существует исключение — Плеяды. Астрономы называют это скопление "связанным". По-видимому, в Плеядах достаточно массы, чтобы связать его и предотвратить разбегание. Здесь можно отметить тот удивительный факт, что в Библии, когда Бог говорил с Иовом из бури (Иов 38:31), Он спросил: "Можешь ли ты связать узел Хима и разрешить узы Кесиль?" (На современном языке — узел Плеяд и узы Ориона.— Примеч. переводчика.). Сложно понять, как этот вопрос мог иметь глубокий смысл для какого-либо человека до совсем недавнего времени — всего лишь несколько лет назад, когда астрономы вычислили, что скопление Плеяды является, как они выразились, "связанным". Еще один интересный момент в этом же отрывке — это то, что узы Ориона были, безусловно, "разрешены", или развязаны, и различные группы звезд в этом скоплении разбегаются с большой скоростью. Одно из скоплений в Орионе — известная группа, называемая Трапеция. Эта группа разлетается так быстро, что 10 тысяч лет назад все звезды в ней должны были бы касаться друг друга. Если смотреть фактам в лицо, а не привносить снова гипотезы ad hoc, то это скопление, по всей видимости, имеет возраст не миллионы, а всего лишь несколько тысяч лет.

Кометы — это довольно небольшие тела, около 10 километров в диаметре. Весьма вероятно, что они состоят из камня и пыли, скрепленных льдом. Известный американский астроном Фред Уиппл назвал их "грязными снежными комьями". Существует два вида комет: с коротким периодом обращения и с долгим. Кометы с коротким периодом обращения совершают один круг по орбите вокруг Солнца за промежуток времени от нескольких лет до нескольких сотен лет. Кометы с долгим периодом обращения имеют очень вытянутые, или "эксцентричные", орбиты, которые уносят их на миллиарды километров от Солнца, так что они возвращаются только спустя очень длительное время. Кометы слишком малы, чтобы быть видимыми в своем обычном состоянии, но когда они подходят близко к Солнцу, они накаляются, и какая-то часть льда тает. Происходит испарение, пыль высвобождается, и солнечный ветер уносит вещество в космос. Именно это вещество, которое улетучивается из кометы и выдувается солнечным ветром, делает комету видимой. Типичная комета в момент своей полной видимости имеет хвост около миллиона километров в ширину и многие миллионы километров в длину. Хвост состоит из вещества, выдуваемого в космос и навсегда потерянного для кометы. Комета наподобие кометы Галлея теряет около 10 тонн вещества ежесекундно в течение всего периода своей видимости. Такое небольшое тело не может терять вещество такими темпами в течение миллионов лет. Анализ показывает, что кометы с коротким периодом обращения не могут существовать дольше, чем несколько тысяч лет — потом они полностью распадаются. Но в Солнечной системе все еще остаются кометы с коротким периодом обращения. Это, похоже, свидетельствует о том, что если кометы образовались одновременно со всеми другими телами Солнечной системы (как это обычно считается), то сама система не может быть старее, чем несколько тысяч лет. Но тут для объяснения обычно привлекают кометы с долгим периодом обращения. Голландский астроном Ян Оорт придумал оригинальное решение. Возможно, существует огромное, насчитывающее миллиарды комет облако, которое вращается вокруг Солнечной системы (но, к сожалению, настолько далеко, что его никак нельзя увидеть или обнаружить). Возможно также, что проходящая мимо звезда (которую, как это ни прискорбно, также нельзя никак ни увидеть, ни обнаружить) время от времени нарушает равновесие облака комет, и большое их число улетает по направлению к Солнцу. Возможно также, что Юпитер является именно тем объектом,  который захватывает некоторые из этих комет в свое гравитационное поле и изменяет их орбиты таким образом, что они становятся кометами с коротким периодом обращения. Этим можно было бы объяснить тот факт, что существующие кометы, которым не может быть больше нескольких тысяч лет, все еще могут находиться здесь, а Солнечная система может быть намного старее. Однако эта привлекательная гипотеза ad hoc несостоятельна, так как наблюдения показали, что орбиты существующих комет никогда не могли бы появиться в результате такого сценария¹. Тем не менее удивительно, что многие астрономы, похоже, верят в "облако Оорта". Никто до настоящего времени не придумал ничего более убедительного,  чтобы поддержать правдоподобие гипотезы об очень древнем возрасте Солнечной системы.

Кроме крупных тел наподобие комет Солнечная система содержит большое количество пыли. Анализ показывает, что пыль в Солнечной системе должна устремляться по спирали к Солнцу и сгорать. Существует явление, называемое зодиакальным светом. Его можно увидеть как слабое свечение над горизонтом после захода и перед восходом солнца. Полагают, что это явление вызывается пылью, сметаемой к Солнцу. Каждую секунду к Солнцу сметается около 8 тонн пыли. Расчеты показывают, что требуется всего лишь несколько тысяч лет, чтобы Солнечная система была очищена от пыли. Если только не существует источника новой пыли, это свидетельствует о том, что Солнечной системе не может быть больше, чем несколько тысяч лет, Фред Уиппл отметил², что нет никаких свидетельств тому, что пыль поступает в Солнечную систему извне. Количество пыли, которое может быть рассеяно в Солнечной системе кометами, чересчур мало, чтобы объяснить зодиакальный свет. По всей видимости, нет никакой убедительной альтернативы тому выводу, что Солнечной системе не может быть больше, чем несколько тысяч лет.

Посланные на планеты космические зонды явились источником удивления для ученых, поскольку выявили крупные изъяны в их теориях. Так, например, считалось, что Юпитер очень холоден. Но это не так, он горяч. Источник этой теплоты совершенно не известен; им не может быть ни радиоактивность, ни гравитационное сжатие. По-видимому, единственное объяснение состоит в том, что Юпитер был сотворен недавно и еще не успел остыть. На Ио, одной из лун Юпитера, имеются громадные вулканы, которые извергают огромные количества вещества с такой силой, что значительная его часть выбрасывается за пределы гравитационного поля Ио в космос и навсегда утрачивается. Ио — довольно маленькое тело, размером примерно с нашу Луну. Если эта вулканическая деятельность продолжается очень долгое время, то Ио должна быть внутри почти пустая. Но она все еще является одним из самых плотных тел в Солнечной системе. Следовательно, невозможно, чтобы этот процесс продолжался очень долгое время. По-видимому, Ио молода.

Сатурн тоже намного горячее, чем предсказывали астрономы. Отдельные детали его системы колец также очень далеки от предсказаний. Кольца состоят из миллионов покрытых льдом частиц, каждая из которых вращается по своей орбите вокруг Сатурна. Некоторые частицы очень мелкие — не больше песчинки, другие имеют размер городского квартала; в среднем они величиной с автомобиль. До того, как "Вояджер" достиг Сатурна, Брэд Шаффер, член НАСА, предсказал, что ничего удивительного в кольцах не откроют. Он сказал так, поскольку было проведено обширное исследование, которое показало, что если только кольца не находятся в особой конфигурации, то они не могут быть стабильны и скоро должны коллапсировать. "Вояджер" показал, что кольца совершенно не отвечают ожиданиям ученых. Их расположение нестабильно. Сложно понять, каким образом они могут быть старыми.

В кольцах Сатурна есть щель, называемая "щелью Кассини" в честь астронома Кассини, который ее обнаружил. Эта щель отделяет светлое внутреннее кольцо, известное как кольцо "Б", от светлого внешнего кольца, известного как кольцо "А". До того как "Вояджер" разрушил их теории, астрономы рассчитали, что щель является результатом деятельности четырех ближайших к Сатурну лун, каждая из которых находится в "гармонической орбите" с щелью Кассини. Это означает, что всякий раз, когда луны обращаются вокруг Сатурна, они должны выметать какое-то количество вещества из этой щели. Было подсчитано, что четыре луны полностью расчистили бы щель Кассини в течение 100 тысяч лет. Астрономы были настолько уверены в том, что Сатурн и его кольца намного старее, чем сто тысяч лет, что "Вояджер" был запрограммирован пройти сквозь щель Кассини и сфотографировать кольца с обеих сторон. Но когда "Вояджер" подошел достаточно близко, чтобы послать на Землю подробные фотографии колец, ученые из НАСА увидели, к совему ужасу, что щель Кассини далеко не пустая, там все еще много вещества. Похоже, у лун еще не было достаточно времени расчистить щель. Планы потребовалось изменить, и "Вояджер" был перепрограммирован миновать Сатурн внутри колец близко к поверхности планеты, что было очень рискованно. Ученые осознавали, что вероятность потерять космический корабль была велика, но они знали, что в щели Кассини его потеря была неизбежна. Им повезло. "Вояджер" миновал планету неповрежденным. А для объяснения очевидного вывода о молодом возрасте колец были выдвинуты теории ad hoc. Но еще до того, как у Сатурна побывал "Вояджер", уже имелись значительные свидетельства того, что кольца нестабильны и не могут быть очень старыми.

Рис. 38. Сатурн. Между светлыми кольцами А и Б можно видеть кажущееся пустым пространство - щель Кассини. Вычисления показали, что оно должно было быть расчищено менее чем за 100 000 лет. "Вояджер" обнаружил, что щель далеко не пустая.

Рис. 39. Большая туманность в Орионе. Считается, что Большая туманность в Орионе состоит из  газопылевых облаков, где образуются звезды. Но температура этих облаков слишком высокая для сжатия; облака, наоборот, должны расширяться.

Когда все топливо израсходовано, белые карлики постепенно охлаждаются и исчезают из вида. Каждая стадия в этом эволюционном процессе занимает огромное время. Весь процесс занимает многие миллионы лет.

Сириус — наиболее яркая звезда в небе, и астрономы наблюдали его с самых ранних времен. Все наблюдения, сделанные до 150 г . н. э., сходятся в том, что Сириус был красным гигантом. Но результаты наблюдений, сделанных после 1000 г . н. э., все свидетельствуют о том, что Сириус является белым карликом⁴. Сегодня он также считается белым карликом. Как мы видим, Сириус превратился из красного гиганта в белый карлик меньше чем за тысячу лет. Это, по всей видимости, ставит теорию звездной эволюции под серьезное сомнение. В 1991 году Кроссвелл опубликовал в "New Scientist" доклад о звезде FG в созвездии Стрела⁵. Наблюдения показали, что эта звезда превратилась из голубой звезды с температурой 12 000° в желтую звезду с температурой 5 000° всего лишь за 36 лет.

Рис. 40. Звездная эволюция. Предполагаемая история звездной эволюции требует многие миллионы лет.

Похоже, что теория звездной эволюции с ее миллиардами лет плохо подтверждается наблюдениями.

А как обстоит дело с Солнцем? Примерно до 1915 г . почти все ученые считали, что Солнце (как и звезды) выделяет тепло и свет в результате гравитационного сжатия. Фон Гельмгольц показал, а лорд Кельвин подтвердил, что все наблюдаемое излучение можно объяснить одним только сжатием. Но с этим объяснением не все было так просто: общепринятой стала теория эволюции, и все ученые осознавали, что для того чтобы органическая эволюция была возможной, необходимы миллионы лет. Гравитационное сжатие могло обеспечивать тепло и свет только в течение небольшой доли требуемого времени. Либо Солнце должно было появиться таким большим, что уничтожило бы Землю, либо оно давным-давно должно было бы сжаться до крошечных размеров. В 1915 г . было выдвинуто предположение, что в центре Солнца и звезд, возможно, происходят ядерные реакции. Вычисления показали, что ЕСЛИ внутри Солнца и звезд идут ядерные реакции, то они способны светить миллиарды лет. Следующим шагом было предположить, что в Солнце и звездах ДОЛЖНЫ происходить ядерные реакции. Сейчас нам говорят, что в Солнце и звездах ПРОИСХОДЯТ ядерные реакции.

Несколько лет назад было обнаружено, что Солнце пульсирует. Вычисления, произведенные с учетом этих пульсаций, показали, что условия внутри Солнца не могут быть такими, как того требует теория. В частности, результаты этих вычислений заставили ученых задуматься: может ли температура в Солнце быть достаточно высокой для того, чтобы происходили ядерные реакции. И ученые решили, что было бы неплохо проверить свои допущения о таких реакциях. Они согласились, что если в Солнце идут ядерные реакции, то они должны вызывать поток нейтрино. Был построен детектор нейтрино, знаменитая лаборатория Брукхавена у золотого прииска в Хоумстейксе в Америке. Когда этот детектор был приведен в действие, ученые, к своему ужасу, обнаружили, что он не может уловить нейтрино, которые должны были поступать от Солнца. Несколько нейтрино все же были зарегистрированы, но какое-то их количество ожидалось из других источников, так что нельзя было сказать с уверенностью, что даже эти несколько нейтрино поступили от Солнца. Было выражено сомнение по поводу способности прибора обнаруживать нейтрино, но в 1987 г . он зарегистрировал неожиданный их всплеск. Астрономы насторожились и начали искать что-то необычное, и сразу же в большом Магеллановом облаке была обнаружена ныне широко известная новая звезда, названная "1987-А". Детектор нейтрино был тем прибором на Земле, который первым зарегистрировал появление этой новой звезды. Безусловно, он способен обнаруживать нейтрино. Он лишь не может обнаруживать нейтрино, которые должны поступать от Солнца. Тогда было сделано предположение, что Солнце, возможно, выделяет другой вид нейтрино, который лаборатория Брукхавена зарегистрировать не может. Для обнаружения "нужного вида" был построен детектор Галлекса. Несмотря на натяжки в истолковании результатов, было зарегистрировано слишком мало нейтрино, да и те могли поступить из других источников. Были построены другие детекторы, но они также улавливали намного меньшее количество нейтрино по сравнению с требуемым. По-видимому, на Солнце образуется очень мало нейтрино, если они образуются вообще. Вероятно, внутри Солнца происходит очень мало ядерных реакций, если они вообще происходят.

Несколько ученых отметили, что измерения диаметра Солнца свидетельствуют о том, что оно сжимается⁶. Вероятно, Гельмгольц и Кельвин были все-таки правы. Или, возможно, существует совершенно иное объяснение. Ученый по имени Брюс многие годы придерживается гипотезы, что солнечная энергия является результатом разрядов молний около поверхности Солнца. Другой ученый по имени Аспден выдвинул предположение, что Солнце является большим, стабильным примером "шаровой молнии". Ни одна из этих теорий ни разу не была опровергнута; но, как и другие теории, они не были также и доказаны.

В целом, похоже на то, что нет никакой удовлетворительной модели Солнца и звезд, и вполне возможно, что вся теория звездной эволюции — не что иное, как интересные домыслы. Ее огромные эпохи также являются домыслами.

В сообщениях для "человека с улицы" обычно подразумевается, что миллиарды лет и ядерные реакции — это установленный факт. Сами астрономы, однако, уже давно знают, что это не так. На конференции в Луизианском государственном университете, о которой упоминалось в 3-й главе⁷, ученые рассмотрели некоторые из многих признаков того, что принятая временная шкала ненадежна. Среди них был д-р Джон Эдди, один из ведущих экспертов мира по Солнцу. Стоит повторить, что он там сказал: "Я подозреваю... что Солнцу 4,5 миллиарда лет. Вместе с тем, учитывая новые и неожиданные данные, свидетельствующие об обратном, и после некоторого переосмысления, я начинаю подозревать, что в отношении возраста Земли и Солнца мы можем принять цифру епископа Ашера. Полагаю, что в астрономии мы не найдем много полученных в результате наблюдений данных, которые бы этому противоречили".

Епископ Ашер получил свою величину (около 6000 лет), подсчитав поколения в Библии. Если в астрономии мы не найдем много полученных в результате наблюдений данных против этой цифры, может возникнуть искушение спросить: а зачем, собственно, отдавать предпочтение "подозрениям" ученых?

Похоже, что с точки зрения науки вопрос о том, когда все началось, очень далек от того, чтобы считаться закрытым.

___________________