Дивовижний Усесвіт

Що теорія Великого вибуху пояснює, а що ні

КОЖНИЙ ранок є чудом. Глибоко всередині ранкового Сонця водень перетворюється на гелій за температури мільйони градусів. Рентгенівські промені та гамма-промені з шаленою силою вивергаються з ядра в довколишні шари Сонця. Якби Сонце було прозорим, ці промені прорвалися б на його поверхню за кілька палючих секунд. Натомість вони починають вивільнятися із щільно поєднаних атомів сонячного «ізолятора», поступово втрачаючи енергію. Минають дні, тижні, сторіччя. Через тисячі років колись смертельне випромінювання нарешті виходить на поверхню Сонця як ніжний потік жовтого світла, вже не загрозливий, а саме такий, який потрібний, щоб зігріти Землю своїм теплом.

Кожна ніч також є чудом. Інші сонця мерехтять до нас з неозорого простору нашої Галактики. Вони різняться кольорами, розмірами, температурами й питомою вагою. Одні є надгігантами, настільки великими, що коли б одне помістити на місце нашого Сонця, то наша планета опинилася б усередині цієї надзірки. Інші сонця, білі карлики, є крихітними, меншими за нашу Землю, але вагою з наше Сонце. Деякі рухатимуться собі мільярди років. Інші зорі вибухнуть, стаючи надновими, і зникнуть, затьмаривши перед тим своїм світлом на короткий час усі галактики.

Первісні люди розповідали про морських чудовиськ і войовничих богів, про драконів, черепах та слонів, про квітку лотос й замріяних богів. Згодом, у час так званого «віку розуму», боги поступилися перед нововинайденою «магією» числення й законами Ньютона. Нині ми живемо у віці, позбавленому старовинної поезії і легенд. Діти сьогоднішньої атомної ери вибирають за взірець створення не стародавніх морських чудовиськ, не «механізм» Ньютона, а найпоширеніший символ XX сторіччя — бомбу. Їхнім «творцем» є вибух. Вони називають це космічне явище Великим вибухом.

Що «пояснює» Великий вибух

За найпоширенішою моделлю, яка відображує погляд нинішнього покоління, близько 15—20 мільярдів років тому Всесвіт ще не існував, також не існував і порожній простір. Не було ні часу, ні матерії: нічого, окрім того, що називається сингулярністю, тобто стану нескінченно великої густини, з якого в результаті вибуху виник Всесвіт. Під час цього вибуху був короткий період, коли за мізерні долі секунди новонароджений Всесвіт роздувався або розширювався зі швидкістю набагато більшою за швидкість світла.

Протягом перших хвилин Великого вибуху в масштабах Всесвіту відбулися ядерні перетворення, що спричинило утворення в міжзоряному просторі водню, гелію та невеликої частини літію в концентраціях, які були виміряні нещодавно. Після, мабуть, 300 000 років вогняна куля Всесвіту охолодилася до температури, трохи нижчої за температуру поверхні Сонця, що дозволило електронам почати рухатися по орбітах навколо атомів і вивільнило потік фотонів, тобто світла. Це первісне радіовипромінювання, хоча й великою мірою охолоджене, може бути зареєстроване й сьогодні як фонове радіовипромінювання мікрохвильових частот, яке відповідає температурі 2,7 Кельвінаa. По суті, це фонове радіовипромінювання відкрили у 1964—1965 роках; воно й переконало більшість вчених у тому, що мусило статися щось подібне до Великого вибуху. Теорія також намагається пояснити, чому Всесвіт розширюється у всіх напрямках, а далекі галактики, як видається, віддаляються од нас і одна від одної з великою швидкістю.

Якщо теорія Великого вибуху пояснює так багато, чому сумніватися у ній? Тому що багато чого вона не пояснює. Для прикладу: стародавній астроном Птолемей висунув теорію, що Сонце й планети рухаються навколо Землі по великих колах, водночас обертаючись по менших колах, які називаються епіциклами. Здавалося, що теорія пояснює рух планет. Сторіччями, в міру того як астрономи накопичували більше відомостей, птолемеївські космологи завжди могли додати додаткові епіцикли до інших епіциклів і «пояснити» нові відомості. Однак це не значило, що теорія була правильною. Врешті-решт зібралося просто забагато даних, які треба було пояснити, й інші теорії, такі, як ідея Коперника про те, що Земля рухається навколо Сонця, краще та простіше пояснювали ці речі. Нині важко знайти птолемеївського астронома!

Професор Фред Хойл прирівняв зусилля птолемеївських космологів підправити хибну теорію, зважаючи на нові відкриття, до сьогоднішніх намагань прихильників Великого вибуху утримати свою теорію гідною довіри. Він написав у своїй книжці «Розумний Усесвіт» (англ.): «Основні зусилля дослідників були спрямовані на те, аби приховати суперечності теорії Великого вибуху і побудувати ідею, котра стала ще більш складною й громіздкою». Згадавши епіцикли Птолемея, за допомогою яких той даремно хотів врятувати свою теорію, Хойл продовжив: «Я не вагаюсь сказати, що у результаті цього теорія Великого вибуху є під загрозою. Як я вже згадував раніше, коли ряд фактів суперечить теорії, досвід підказує, що вона рідко коли одужує» (сторінка 186).

Журнал «Новий вчений» (англ.) за 22—29 грудня 1990 року висловив подібну думку: «До космологічної моделі Великого вибуху... застосували птолемеївський підхід». Потім у статті запитувалося: «Як ми можемо досягти справжнього прогресу у фізиці часток і космології? (...) Ми повинні бути чеснішими й відвертішими щодо виключно спекулятивної природи деяких наших найзаповітніших припущень». Тепер посипалися результати нових спостережень.

Питання, на які не відповідає теорія Великого вибуху

Найбільший сумнів у теорії Великого вибуху походить від дослідників, котрі використовували відремонтований космічний телескоп «Хаббл» для вимірювання відстаней до інших галактик. Нові дані ошелешили теоретиків!

Астроном Венді Фрідман та інші нещодавно використали космічний телескоп «Хаббл», щоб виміряти відстань до галактики у сузір’ї Діви. Її результати вимірювань підказують, що Всесвіт розширюється швидше, а отже, є молодшим, ніж вважалося раніше. По суті, дані «виявляють, що вік космосу становить усього вісім мільярдів років»,— повідомив журнал «Саєнтифик америкен» щойно минулого червня. У той час як вісім мільярдів років здається дуже довгим проміжком часу, це лише близько половини нещодавно визначеного віку Всесвіту. Це створює особливу проблему, оскільки у повідомленні зауважується далі: «Інші дані показують, що вік певних зірок становить щонайменше 14 мільярдів років». Коли обчислення Фрідман підтвердяться, то ці старі зірки виявляться старшими за сам Великий вибух!

Ще однією проблемою теорії Великого вибуху є неухильне збільшення доказів про існування у Всесвіті «бульбашок», котрі мають розмір 100 мільйонів світлових років. За їхніми межами галактики є, а всередині них — ні, лише порожнини. Марґаріт Ґеллер, Джон Гекра та інші науковці з Гарвардсько-Смітсонівського центру астрофізики виявили на небі північної півкулі те, що вони називають великою стіною галактик, довжиною близько 500 мільйонів світлових років. Інша група астрономів, відомих як «Сім самураїв», знайшли докази існування інакшого космічного скупчення, котре вони називають Великим Притягувачем; воно розташоване недалеко від південних сузір’їв Гідри та Кентавра. Астрономи Марк Постман і Тод Лоєр вважають: щось навіть більше мусить лежати за сузір’ям Оріона й змушувати сотні галактик, а також нашу нестися у цьому напрямку, як плоти по «космічній річці».

Усе це незбагненно. Космологи говорять, що виверження Великого вибуху було надзвичайно плавним і однорідним, згідно з фоновим радіовипромінюванням, яке вибух ніби залишив по собі. Як міг такий плавний початок призвести до таких масивних і складних структур? «Останні відкриття стін і притягувачів роблять ще загадковішим те, як могло сформуватися так багато структур за 15-мільярдний вік Всесвіту»,— визнається в «Саєнтифик америкен», це становить проблему, котра посилюється, коли Фрідман та інші ще більше врізають вік космосу.

«Нам бракує якогось істотного елементу»

Трьохвимірні карти Ґеллер з тисячами згрупованих, сплетених бульбашкових скупчень галактик змінили уявлення вчених про вигляд Усесвіту. Ґеллер не претендує на те, аби розуміти, що бачить. Видається, що неможливо пояснити існування її великої стіни самою лише силою притягання. «Я часто відчуваю, що нам бракує якогось істотного елементу, щоб зрозуміти цю структуру»,— визнає вона.

Ґеллер докладно пояснює свої побоювання: «Ми не знаємо напевно, як пояснити ці великі структури, виходячи з теорії Великого вибуху». Тлумачення космічної структури на основі останніх карт неба далеко не чітке, це все одно, що намагатися зобразити цілий світ, оглянувши лише Род-Айленд у США. Ґеллер продовжує: «Колись, можливо, ми й зрозуміємо, що неправильно поєднали факти разом, і це буде здаватися настільки простим, що дивуватимемося, чому не додумалися до цього раніше».

Це приводить нас до найважливішого питання: що викликало сам Великий вибух? Такий відомий науковець, як Андрій Лінде, один із засновників надзвичайно популярної моделі роздувного Всесвіту в рамках теорії Великого вибуху, відверто визнає, що стандартна теорія не відповідає на це істотне питання. «Перша й основна проблема — це сам факт Великого вибуху,— говорить він.— Хтось може запитати: що було перше? Якщо тоді не існував космічний час, як усе могло повстати з нічого? (...) Як пояснити початкову сингулярність — коли і де вона виникла — й далі залишається найнепіддатливішою проблемою сучасної космології».

В одній статті журнал «Діскавер» недавно подав висновок, що «ні один розсудливий космолог не стверджуватиме, що теорія Великого вибуху є абсолютною».

Тож вийдімо на вулицю та поміркуймо над красою й таємничістю зоряного склепіння.

[Примітка]

[Рамка на сторінці 5]

Світловий рік — космічна лінійка

Усесвіт є настільки великим, що вимірювати його в милях або кілометрах, це все одно, що вимірювати відстань од Лондона до Токіо мікрометром. Світловий рік — зручніша одиниця вимірювання, що дорівнює відстані, яку світло проходить за рік, або близько 9 460 000 000 000 кілометрів. Оскільки світло має найбільшу швидкість у Всесвіті й проходить відстань до Місяця за 1,3 секунди, а до Сонця за 8 хвилин, то наскільки ж величезною є відстань в один світловий рік!