НУЖНА НОВАЯ ФИЗИКА?

В интервью «ГА» ведущий научный сотрудник Бюраканской обсерватории Гайк АРУТЮНЯН рассматривает вопросы, связанные с образованием Вселенной.

- Г-н Арутюнян, вопрос возникновения Вселенной всегда интересовал человечество. Как менялись научные представления по этому вопросу? Можно ли считать, принятое сегодня в науке мнение полностью подтвержденным?

- Относительно образования Вселенной и находящихся в ней объектов, а по иерархической классификации это скопления галактик, галактики, звезды, планеты и т.д., всегда используется определенный сценарий, принятое на данный момент объяснение формирования всех этих объектов. Научный подход к этому вопросу стал формироваться еще во время Канта и Лапласа. Кант считал, что звезды образовались из пыли и газа туманностей. Тогда еще никто не знал о галактиках. Считалось, что наша галактика – Млечный путь – единственное пристанище всех звезд, вся вселенная. О существовании огромного числа других галактик стало известно только в начале ХХ века, когда было доказано существование других звездных систем. Наблюдения, конечно, велись. Астрономы видели другие космические объекты, но их считали туманностями, состоящими из газа и пыли. Французский астроном Шарль Мессье еще в 1774 году впервые издал каталог этих туманных объектов, чтобы они не вводили в заблуждение «охотников» за кометами. Правда, время от времени возникали дискуссии, некоторые астрономы считали, что эти образования находятся внутри нашей галактики, а другие, - что вне ее. Тогда самая близкая к нам галактика – Туманность Андромеды – считалась туманностью, но потом американский астроном Эдвин Хаббл первым доказал, что Туманность Андромеды состоит из звезд, что это не туманность, а галактика. В дальнейшем было показано, что она размерами значительно превосходит нашу галактику, но прежнее название за ней сохранилось.

- А как определяются границы галактики?

- Галактики - некоторое визуально светлое образование, яркость которого постепенно уменьшается и стремится к нулю по мере удаления от центра. Считается, что диаметр нашей галактики примерно 100000 световых лет - то есть от одного конца до другого свет доходит за это время. Диаметр Туманности Андромеды - примерно 150000 световых лет. В нашей локальной вселенной существует две большие галактики – Млечный путь и Туманность Андромеды, а также несколько десятков галактик меньшего размера. Например, у нашей галактики есть такие галактики-спутники как Большое и Малое Магеллановы облака. Малые галактики-спутники есть и у Туманности Андромеды. Но галактики в основном находятся в составе еще больших образований, скоплений галактик, в которые входит несколько тысяч галактик.

- А между галактиками есть пустое пространство?

- Да. Но пустое пространство может быть не совсем пустым, просто его средняя плотность очень низкая. Там могут присутствовать атомы водорода, гелия и т.д., но их очень мало. В основном эта барионная материя находится в галактиках, в галактических скоплениях есть и горячий газ, и это достаточно большая масса. Эдвин Хаббл, о котором мы уже говорили, сделал еще одно важное открытие: он понял, что Вселенная расширяется.

- Как это произошло?

- Он стал измерять расстояния между галактиками и скорость их удаления и тогда выяснилось, что чем дальше они находятся, тем быстрее удаляются. Сначала это казалось странным. Возникал резонный вопрос: почему они удаляются от нас? Разве мы занимаем во Вселенной какое-то особое место? Но астрономы очень быстро дали объяснение этому факту. Дело в том, что при общем расширении Вселенной такую картину можно наблюдать, находясь в любой ее части, поскольку Вселенная расширяется.

- И что это означает?

- Можно построить разные сценарии. Пока большинство астрономов и физиков придерживаются теории так называемого Большого взрыва. То есть, принята точка зрения, согласно которой все объекты Вселенной удаляются друг от друга в результате Большого взрыва. И те, которые удаляются с большей скоростью, дошли до больших расстояний. То есть, чем быстрее, тем дальше. Но могла существовать и другая версия – чем дальше, тем быстрее.

- То есть при удалении скорость их движения возрастает?

- Это и пытались выяснить ученые. Сначала считалось, что скорость не возрастает, а замедляется. По крайней мере так должно быть, если Большой взрыв имел место, ведь гравитация должна была эту скорость замедлять. В течение примерно 70 лет ученые пытались выяснить, как происходит это замедление, потому что от этого зависит космологическая модель Вселенной, но в конце ХХ века выяснилось, что скорость удаления возрастает, а не снижается.

- То есть гравитация в данном случае не работает?

- Гравитация так или иначе работает, ее никто не отменял. Но оказалось, что она не в силах замедлять расширение. Ускорение расширения свидетельствует о существовании какой-то силы, которая даже при наличии гравитации ускоряет расширение Вселенной. Это стало шоком для всех астрономов и физиков. Конечно, можно найти возможность описать старые теории новыми данными. В старую теорию ускорение удаления не укладывается, поэтому было выдвинуто предположение, дающее объяснение этому явлению.

- Так все-таки, какая сила препятствует воздействию гравитации?

- Вообще-то сила является продуктом чего-то, какой-то энергии, которая взаимодействует с объектами, которые ускоряются. В данном случае источник наблюдаемого ускорения получил название темная энергия. В свое время люди придумали темную материю, потом темную энергию. Но кроме схожести названий у них нет ничего общего. В действительности они очень отличаются друг от друга. Понятие темной материи появилось как попытка подтвердить господствующую теорию, а существование темной энергии было принято как наблюдательный факт. Существование темной энергии подтверждено данными наблюдений и не вызывает сомнений.

- Под действием каких сил образовались скопления галактик? Эти силы действуют и сегодня или что-то изменилось во Вселенной?

- Тот, кто найдет доказуемый ответ на этот вопрос, наверное, будет достоин Нобелевской премии. Но получит или нет, не знаю. Дело в том, что в скоплениях галактик наблюдаются очень большие скорости, причем хаотичные. Сами скопления удаляются от нас с какой-то средней скоростью, но галактики внутри скопления имеют различные скорости, которые достаточно большие, чтобы со временем разрушить скопление. Если бы в скоплениях присутствовали только галактики, которые мы наблюдаем, то скопления должны были расширяться. Однако этого не должно произойти согласно доминирующей в настоящее время космогонической гипотезе. Поэтому американский ученый австрийского происхождения – Фриц Цвикки предположил, что есть какая-то невидимая материя, которая увеличивает общую гравитацию и не позволяет скоплениям расширяться.

- Значит действительно действуют разные силы, которые как бы противостоят друг другу, ведь гравитация не исчезает...

-Там действует и гравитационная энергия, и кинетическая. Но многое непонятно. Согласно теории образования галактик и их скоплений, расширения не должно быть. Доминирующая гипотеза гласит, что галактики и звезды образовались в результате сжатия газов и пыли, которые образовались вследствие Большого взрыва. То есть все образовалось из разряженной материи вследствие гравитации. С другой стороны, Вселенная расширяется, и на этом построена теория Большого взрыва. Но тогда почему скопления галактик не расширяются? Если Вселенная расширяется, а образования внутри нее – нет, то неизбежно придет время, когда всей Вселенной будет наша локальная группа галактик, а вся остальная Вселенная уже будет вне области наблюдений. Тут налицо противоречие, где-то ошибка.

По современным представлениям, из-за Большого взрыва образовались водород и гелий в таком количестве, которого хватило для образования Вселенной – всех галактик, звезд и т.д. По этому сценарию все остальное образовалось постепенно, уже при сжатии, ведь когда сжимается газ, начинаются ядерные процессы, образуются тяжелые элементы, кислород, азот, железо и т.д. Но дело в том, что в последние годы появился известный телескоп Джеймса Уэбба, который позволяет вести наблюдения в инфракрасном свете. Были открыты очень далекие галактики, которые образовались примерно всего лишь через 200-300 миллионов лет после Большого взрыва. Это начало Вселенной. То есть чем дальше мы видим, тем больше приближаемся ко времени Большого взрыва. И оказалось, что среди первых галактик, которые образовались после Большого взрыва, есть такие, которые имеют размеры современных больших галактик, и там есть тяжелые элементы. Но ведь согласно принятой теории, этого быть не должно. Должны были быть только легкие элементы и небольшие космические объекты – малые галактики, звезды и т.д.

- То есть первые элементы и галактики должны были быть легкими?

- По принятой теории, да. Но оказалось, что это не совсем так. И это подтвержденные наукой факты. Тогда ученые начали лихорадочно думать, почему все именно так? Ведь 200-300 миллионов лет недостаточно, чтобы образовались тяжелые элементы и большие галактики! Поэтому даже среди сторонников официально принятой теории стали появляться ученые, которые понимают, что с теорией что-то не так и нужна новая физика. А когда появляются парадоксы, которые невозможно объяснить существующими теориями, возникают новые научные представления. Самое главное, что благодаря телескопу Джеймса Уэббла стало ясно, что современные космогонические представления не согласуются с действительностью. Значит впереди новый прорыв. Вопросов, связанных с образованием Вселенной, у науки много. Впереди долгий научный путь, ведущий к познанию окружающего нас мира. Но успеет ли человечество за отведенное ему время познать все тайны Вселенной – серьезный вопрос.