Какой возраст Вселенной и долго ли ей еще «стареть»

Зная возраст матери Вселенной, можно определить хотя бы максимально возможный возраст ее детей. Правда, в космологии все гораздо сложнее. Хотя бы потому, что и возраст самой Вселенной указывают, как правило, со столь же невысокой точностью, что и возраст Земли. Более того, и в этом случае есть подозрение, что перед нами — величина опять-таки очень относительная и близкая к минимальной.

Знаменитый английский астроном Джемс Джине полвека назад попытался оценить возраст звезд несколькими методами. Например, по орбитам двойных звезд. Двойные звезды были некогда одним телом и по рождении, обращались одна вокруг другой по круговым орбитам. Наблюдения показывают, что нынешние орбиты двойных звезд эллиптические. По расчетам Джинса, на подобное искривление некоторых орбит под действием сил притяжения потребовались тысячи миллиардов лет. Примерно те же цифры получились при расчетах динамики звездных скоплений, из-за которой более тяжелые звезды, по словам Джинса, движутся правильным строем в толчее более легких звезд, «подобно стае лебедей, летящих сквозь сбившиеся толпы грачей и скворцов».

Еще один способ звездной хронологии. При достаточно долгом гравитационном взаимодействии все звезды должны обмениваться энергией движения до установления равновесия, подобно молекулам газа, находящимся в замкнутом объеме. То есть энергия движения звезд должна быть примерно одинаковой вне зависимости от их масс (а вначале, при равенстве скоростей, она у массивных звезд была больше). Как показывают наблюдения и расчеты, это состояние приблизительно достигнуто для звезд почти всех спектральных классов. Исключение — только самые массивные звезды, у которых средняя энергия движения несколько понижена. И вновь, проведя сложные вычисления, Джине получил цифры порядка нескольких тысяч миллиардолетий, необходимых для установления подобного «звездного равновесия».

Наконец, Джине, вслед за другим известным астрономом, Эддингтоном, рассчитал, за сколько времени звезды, горя, могут потерять свои массы до современных значений. Он исходил из того, что масса звезды приблизительно (за редким исключением) пропорциональна ее светимости. Предполагается, что звезды проходят сходные этапы развития. Тогда для наиболее древних, учитывая скорость их «старения-сгорания», получаются вновь многие тысячи миллиардов лет. Между прочим, возраст Земли Джине оценивал всего-то в два миллиарда лет!

Конечно, приходится помнить, что все подобные расчеты основаны на гипотезах полувековой давности и в наши дни не пользуются популярностью у астрономов. Однако разве для современных теорий и гипотез не может настать время, когда они выйдут из моды! А тогда, как известно, слишком часто возвращаются к хорошо забытому старому.

В современной астрономии господствует мнение о том, что возраст нашей, доступной наблюдениям Вселенной… Точную цифру назвать трудно — за последние годы она менялась в сторону увеличения по мере того, как обнаруживались все более и более «старые» объекты (например, квазары). Правда, изменения в принципе несущественные: от 12 до 20—25 миллиардов лет.

Ситуация, пожалуй, напоминает историю с определением возраста Земли. По-прежнему стоит и вопрос, достаточно ли древни космические часы, по которым мы определяем возраст Вселенной, а значит, и предельно возможный возраст Солнечной системы и Земли. Надо учесть, что определения ведутся по звездам, занимающим ничтожную долю объема Вселенной. Мы располагаем некоторыми, преимущественно косвенными, данными о возрасте звезд, но «звездные часы» совершенно не обязательно свидетельствуют о возрасте других космических объектов. Тем более — самой Вселенной.

Правда, «звездные часы», помимо фактов о времени существования солнечных систем и галактик, предоставляют материал для рассуждений о путях эволюции Вселенной. Астрономы склонны объединять факты с рассуждениями. И тогда получается, что возраст древнейших звезд соответствует (приблизительно) возрасту Вселенной.

Спектральные линии светового сигнала от удаляющегося объекта смещаются в красную сторону пропорционально скорости движения. И наблюдаемое красное смещение спектров звезд также пропорционально меняется в зависимости от расстояния до объекта. Логично предположить: чем дальше от нас объект, тем быстрее он движется (от нас, естественно); а если разделить пройденное объектом расстояние на его скорость, получим время движения. Выходит, самые удаленные звезды — это и есть самые древние астрономические часы! (Если, конечно, в некоторое «ноль-время» все звездные массы были объединены во вселенскую «сверхзвезду».)

Столь простой вывод вызвал поначалу волну скептицизма. Никто не спорил о самом факте красного смещения. Однако объяснять его пробовали по-разному. Например, так: световые «пакеты» — фотоны, странствуя в неизведанном пространстве миллионы лет, испытывают изменения («стареют»), что и отражает их «покраснение» с возрастом. Значит, красное смещение указывает на возраст фотонов, а не звезд или, тем более, Вселенной. Эта гипотеза была, в свою очередь, подвергнута критике. Указывалось, что старение фотонов должно сопровождаться «размазыванием» изображений звезд и т. д.

Другую гипотезу высказал английский астроном Э. Милн. По его мнению, «старели» не фотоны, а звездная материя. Когда звезды излучали свет, который мы сейчас принимаем, тогда — миллионы и миллиарды лет назад — они были иными. Мы как бы читаем письма от адресатов, сильно постаревших или даже давно умерших пока шло письмо. Странно предполагать, что они снова написали бы точно такие письма, как в далекой и безвозвратной юности.

Подобные доводы кажутся довольно резонными. Хотя доказать их не легче, чем опровергнуть.

Итак, получая сигналы от дальних звезд, мы вправе предполагать, что звезды эти удаляются от нас (идея гигантского взрыва и разбегания галактик), или меняют со временем скорость физических процессов (идея Милна), или, наконец, происходит искажение световых сигналов («старение» фотонов). Однако в любом из этих трех вариантов возраст звезд – как будто должен обязательно не превышать 15—25 миллиардов лет.

Но не будем спешить с выводами. Не исключено, что следует обратиться к совсем другим «часам».

Сравнительно недавно в межзвездной среде были обнаружены спектры молекул, состоящих из водорода, углерода, кислорода, азота (водяной пар, окись углерода, аммиак, синильная кислота). Среди них — даже семиатомные молекулы!

Сообщения о находках молекул в космосе стали поступать еще несколько десятилетий назад. Однако мало кто принимал их тогда всерьез: слишком невероятной представлялась возможность встречи в сверхразряженой межзвездной среде двух атомов или, тем более, трех, четырех, пяти!

Действительно, если образование в космосе молекул принять за своеобразные «молекулярные часы», то показывают они совсем не то время, что часы световые. «При концентрации 100 атомов в 1 кубическом сантиметре каждый атом испытывает столкновение примерно раз в сто лет,— пишет астрохимик В. С. Стрельницкий. — Но нужно иметь в виду, что для образования большинства молекул необходимо одновременное столкновение трех частиц: третья частица берет на себя избыток энергии столкновения и тем самым дает возможность двум другим частицам слиться в молекулу, а не разлетаться, как после столкновения упругих шариков. Такие тройные соударения при малых концентрациях случаются крайне редко: при концентрации 100 атомов в 1 кубическом сантиметре — раз в 10²⁰ лет, что в 10¹⁰ (десять миллиардов!) раз превосходит принимаемый сейчас возраст Галактики! Можно понять пессимизм астрономов, не веривших в существование межзвездных молекул…»

Какие же непомерные цифры возраста Вселенной должны давать межзвездные молекулы, составленные из семи атомов!

Открытые эффекты «молекулярного туннелирования» позволяют надеяться, что образование сложных молекул в межзвездной среде в результате квантовых процессов может происходить гораздо интенсивнее, чаще, чем предполагалось. Однако даже если скорости химических реакций в космосе в миллиарды раз превышают те, о которых писал В. С. Стрельницкий, все равно возраст Вселенной оказывается очень и очень значительным. Тем более, что прежде чем возникли молекулы, должны были появиться атомы.

Поиски истинного времени в геологии и астрономии заводят далеко. Возможно, даже очень далеко, потому что ставят под сомнение некоторые привычные представления. И хотя ученые выступают за новые неожиданные идеи, лишь в редчайших случаях экзотические гипотезы встречают благосклонный прием. И это, безусловно, можно понять — сомнения прежде всего.

Но разве не заманчиво поразмышлять над проблемой возраста Вселенной, зацепившись за такую, например, гипотезу!

Известно, что скорость света в вакууме — 300 000 километров в секунду. Цифра эта — одна из ключевых практически во всех расчетах возраста Вселенной.

Но как знать, не следует ли сделать одно уточнение: имеется в виду скорость света в современном вакууме. А какова гарантия того, что миллиарды лет назад свойства космического вакуума были точно такими, как ныне!

Проблема эволюции вакуума (который часто отождествляется с энергоемким состоянием, откуда как бы выныривают элементарные частицы) сравнительно нова и, возможно, очень перспективна.

Если мы принимаем скорость света в вакууме постоянной, то это совершенно справедливо для данного состояния Вселенной.

Однако луч света, невообразимо долго путешествующий в космосе, мог со временем пробегать через вакуум различной «плотности», а потому скорость его менялась. Красное смещение, возможно, сообщает нам не о чем другом, как об изменениях космического вакуума. Вполне понятно — чем дальше от нас объект в пространстве, тем дальше он от нас и во времени, тем дольше шел от него сигнал и тем более раннюю стадию эволюции вакуума он отражает…

Вселенная изменяется, с этим приходится считаться теперь любой научной гипотезе. Кроме варианта горячего рождения имеется и альтернативный. От своего первоначального состояния Вселенная чрезвычайно медленно переходила к нынешнему. Вариант «холодного рождения» Вселенной может основываться на гипотезе последовательного появления, «выныривания» пар элементарных частиц из первичного вакуума.

Чтобы из вакуума, частица за частицей, возникла вся масса вещества, которая слагает видимый нами мир, требуется немало времени. Однако природа не ограничена в отличие от нас в такой «малости», как время. Для нее равны и мгновение, и вечность. Ей чужды понятия начала и конца, столь знакомые нам. (Когда на таких понятиях строятся космогонии, то трудно избавиться от впечатления, что они творят мир по образу и подобию человека.)

Наиболее сложный вопрос, связанный с холодным рождением Вселенной, относится к судьбе античастиц — их должно быть ровно столько, что и частиц. Где они?

Существует несколько возможных вариантов разделения, обособления миров и антимиров. Однако ни один из них нельзя считать до конца убедительным. Ведь везде частицы и античастицы рождались одновременно, парами и при встречах своих должны были тотчас аннигилировать, переходить в излучение. Трудно представить такой фильтр, сквозь который «просеялись» все до одной элементарные частицы нашей Галактики, а античастицы были задержаны и отброшены прочь, и след их пропал в беспредельности космоса.

Остается еще один вариант, который почти не опробован в рамках современных космогонических гипотез. Все то, что мы называем привычной нам материей и предполагаем составленным из вещества (в отличие от антивещества), в действительности может представлять собой результат объединения частиц и античастиц. О такой возможности вскользь упомянул известный американский физик Р. Фейнман в одной из своих работ.

В том, что эта идея не столь уж абсурдна, убеждает недавнее открытие так называемых квазиядерных мезонов. В этих частицах, пусть и ненадолго, сливаются воедино две противоположности — нуклон и антинуклон.

«Холодное рождение» Вселенной открывает нам бездну времени, делает практически бесконечным процесс образования и превращений видимого нам мира. Хотя и вовсе не исключается последующее сбегание и разбегание галактик, сжатие и расширение Метагалактики — космические циклы длительностью в десятки миллиардов лет.

Заключение

Автор вовсе не собирается утверждать, будто возраст Земли, Солнца или всей Метагалактики непременно исчисляется в тысячах миллиардов лет и т. д. Хотелось бы только показать, что подобная возможность не исключена.

Так значит — полная неопределенность? Нет, конечно. История науки показывает, что беспредельная любознательность человека позволяет ему находить все более точные геологические и астрономические «часы», отмечающие возраст тех или иных объектов. Только не следует забывать, что обычно мы получаем минимальные даты существования космических тел. И еще. Попытки выяснить максимальные даты до сих пор остаются в зависимости от субъективных факторов: приверженности автора хронологических расчетов к определенной космогонической теории (гипотезе). Возможны ли объективные оценки? Время покажет…

Автор: Р. Баландин.