Книга: Новая занимательная астрономия

В сжимающейся Вселенной

В сжимающейся Вселенной

Мы уже говорили о том, что наша область Вселенной — Метагалактика — расширяется и чем дальше находится та или иная галактика, тем быстрее она удаляется от нас.

Однако уравнения теории относительности допускают также и другую возможность — сжатие.

Имеет ли то обстоятельство, что Метагалактика именно расширяется, а не сжимается, сколько-нибудь принципиальное значение?

Попробуем ответить на вопрос: что было бы, если бы Метагалактика сжималась? Изменилось бы что-нибудь в картине окружающего нас мира?

На первый взгляд может показаться, что ничего особенного не произошло бы. Никто бы ничего не заметил, лишь астрономы вместо красного смещения наблюдали бы фиолетовое. Ведь галактики отделены от Земли колоссальными расстояниями в миллионы и миллиарды световых лет.

Однако на самом деле все обстоит далеко не так просто… Начнем, казалось бы, с простого и даже немного наивного вопроса: почему ночью темно? В действительности же это очень серьезная проблема, сыгравшая немалую роль в развитии научных представлений о Вселенной. Она вошла в историю астрономии под названием фотометрического парадокса. Состоит он в следующем.

Если во Вселенной всюду рассеяны звезды, которые в среднем излучают приблизительно одинаковое количество света, то независимо от того, сгруппированы они в галактике или нет, они покрывали бы своими дисками всю небесную сферу. Ведь Метагалактика состоит из многих миллиардов звезд, и, куда бы мы ни направили свой взор, он почти наверняка рано или поздно натолкнется на какую-нибудь звезду.

Иными словами, каждый участок звездного неба должен был бы светиться, как участок диска Солнца, так как в подобной ситуации видимая поверхностная яркость не зависит от расстояния. С неба на нас обрушивался бы ослепительный и жаркий поток света, соответствующий температуре около 6 тыс. градусов, почти в 200 000 раз превосходящий свет Солнца. Между тем ночное небо черное и холодное. В чем же тут дело?

В свое время были предприняты попытки устранить фотометрический парадокс ссылкой на поглощение света рассеянной межзвездной материей. Но в 1937 г. советский астроном В. Г. Фесенков показал, что это не спасает положения. Межзвездная материя не столько поглощает свет звезд, сколько рассеивает его. Таким образом, ситуация даже осложняется.

Лишь в теории расширения Метагалактики фотометрический парадокс автоматически устраняется. Поскольку галактики разбегаются, в их спектрах происходит, как мы уже знаем, красное смещение спектральных линий. В результате частота, а значит, и энергия каждого фотона уменьшены. Ведь красное смещение — это сдвиг электромагнитного излучения в сторону более длинных волн. А чем больше длина волны, тем меньшую энергию несет с собой излучение, и чем дальше галактика, тем больше красное смещение, а значит, тем сильнее ослабляется энергия каждого приходящего к нам фотона.

Помимо этого, непрерывное увеличение расстояния между Землей и удаляющейся галактикой приводит к тому, что каждый следующий фотон вынужден преодолевать несколько больший путь, чем предыдущий. Благодаря этому фотоны попадают в приемник реже, чем они испускаются источником. Следовательно, уменьшается и число приходящих в единицу времени фотонов. Это также приводит к понижению количества приходящей в единицу времени энергии.

Следовательно, красное смещение ослабляет излучение каждой галактики, и тем сильнее, чем дальше она от нас находится. Таким образом, вследствие красного смещения происходит не только перемещение излучения в область более низких частот, но и ослабление его энергии. Именно поэтому ночное небо остается черным.

Вот мы и подошли к ответу на поставленный вопрос: что было бы, если бы Метагалактика сжималась?

Если бы сжатие уже длилось по меньшей мере миллиарды лет, мы вместо красного смещения в спектрах галактик наблюдали бы фиолетовое. Сдвиг излучения происходил бы в сторону более высоких частот, и яркость небо была бы не ослаблена, а наоборот, усилена.

В подобных условиях в нашей области Вселенной жизнь не могла бы существовать. Значит, мы отнюдь не случайно живем именно в расширяющиейся системе галактик и наблюдаем именно красное смещение в их спектрах.

Как остроумно заметил А. Л. Зельманов, мы являемся свидетелями процессов определенного типа, потому что процессы иного типа протекают без свидетелей. В частности, жизнь невозможна на ранних стадиях расширения и на поздних стадиях сжатия.