ВСЕЛЕННАЯ ЗАДАЕТ ЗАГАДКИ

На заре туманной юности" довелось мне как-то видеть такую картинку. Некто добрался до края Земли и, просунув голову в отверстие, с изумлением взирает на открывшийся перед ним вид — звезды, планеты, спутники…

Так древние представляли себе окружающий мир: плоская, словно блин, Земля накрыта хрустальным куполом неба, по которому разбросаны серебряные и изумрудные звезды.

В куполе имелось двое ворот. Солнце выходило из восточных поутру и к вечеру скрывалось за западными. Ночью же оно двигалось под Землей в обратном направлении.

Имели в то время и своеобразное представление о размерах окружающего мира. Вселенная древних египтян, например, была длиной в 7 тыс. локтей фараона и имела вид большой долины, вытянутой с,севера на юг. В центре долины, понятное дело, располагался сам Египет. Сверху долину прикрывало небо — большая крыша, к которой прикреплялись светильники звезд…

Сама же Земля, по мнению древних, покоилась на спинах трех гигантских слонов. Ну а слоны стояли на трех черепахах. И наконец, те опирались на трех китов, которые, сами понимаете, плавали во вселенском океане.

Вот, оказывается, откуда пошли понятия, которыми, зачастую не задумываясь, мы пользуемся и по сей день. «На краю Земли», «небесная твердь», «на трех китах» — все эти и многие другие выражения берут свое начало от представлений древних об устройстве мира.

Они же, эти представления, нашли свое отражение и в Книге книг — Библии. Там, например, указано, что после сотворения земли и неба «Дух Божий носился над водою». Затем он совершил загадочное действо, сотворив некую твердь посреди воды и отделив ею воду над твердью от воды под твердью. После этого назвал твердь небом и отправился почивать после трудов праведных первого дня творения.

А вот где он отдыхал и эту, и последующие ночи, про то Книга книг — ни гугу: очевидно, верховная власть и в те времена умела хранить свои тайны.

Тем не менее со временем любопытное человечество кое-что сумело для себя прояснить. А может, запутать? Так экспериментально-опытным путем было установлено, что твердь, именуемая небом, на самом деле вовсе не такая уж твердая. Сама Земля не плоская, а круглая. Что же касается звезд, то с ними и вообще вышла неразбериха, которая продолжается и по сей день. Судите сами.

Наш галактический адрес. Если взглянуть на небо в безоблачную ночь, первое, что бросается в глаза, молочно-белая светящаяся полоса, пересекающая небосвод. Древние римляне назвали ее «дорогой из молока» — Млечным Путем. Есть, впрочем, у этого образования и другие названия — Чумацкий Шлях, Стожары… Чумаками, если кто не знает, некогда звали путешественников, отправлявшихся с Украины в дальние края, к морю, за солью. Вот, дескать, и в небе осталась дорожка соли, просыпавшейся с чумацких возов, запряженных волами. Что же касается Стожар, то тут название говорит само за себя — сто жарких угольков (а может, и того больше) рассыпали боги, небрежно перенося их из одного небесного очага в другой…

На самом же деле, как показало позднейшее, более внимательное рассмотрение, Млечный Путь представляет собой скопище звезд и иной небесной материи — нашу Галактику. Если бы удалось посмотреть на нее сбоку, полагают ученые, мы бы увидели колоссальную спираль, образуемую звездами и туманностями. А так видим лишь ее профиль, имеющий форму диска с утолщением посредине.

Расстояния тут столь велики, что измеряются обычно в световых годах. Световой год — путь, который может пройти за 365 земных суток луч света, имеющий скорость, как известно, 300 тыс. км/с. В привычных нам единицах измерения это получается около 9,5 трлн км.

Ну так вот, ширина эллипсоида-утолщения в центре Млечного Пути — порядка 13 тыс. светевых лет, а его диаметр — 26 тыс. световых лет…

Диаметр же самого Млечного Пути современные исследователи определяют примерно в 100 тыс. световых лет, что равно половине расстояния от Земли до Большого Магелланова Облака. Образует нашу Галактику около 250 млрд звезд; в том числе все те 6 тыс. светил, которые человек может увидеть на небе невооруженным глазом, принадлежат опять-таки Млечному Пути.

Со времен Коперника известно, что Земля не центр Вселенной и даже не центр Солнечной системы. Но еще долгое время после этого считалось, что, по крайней мере, наше Солнце находится в центре Млечного Пути. Это заблуждение развеял в 1917 году американский астроном Херлоу Шэпли. Проведя измерения расстояний от Земли до некоторых шарообразных звездных скоплений, вращающихся рядом с центром нашей Галактики, он расположил в людском сознании Солнечную систему там, где она в действительности и находится, — на окраине Млечного Пути, на расстоянии примерно 30 тыс. световых лет (или 285 трлн км) от его центра.

«Семьи» созвездий. Сам Млечный Путь является частью так называемого «местного скопления» — семейства примерно из 20 галактик, которые являются нашими соседями; среди них и такие знакомые всем, например, по фантастическим романам И. А. Ефремова, как Туманность Андромеды и Магеллановы Облака.

Вообще, как полагают ученые сегодня, галактики вокруг вовсе не распределены по воле случая: примерно 85 процентов из них составляют скопления из нескольких десятков, сотен или даже тысяч себе подобных. Таким образом то же «местное скопление» представляет собой своего рода малую Метагалактику. Она имеет центральную сферу-ядро диаметром 6 млн световых лет и два гигантских спиральных рукава диаметром 100 тыс. световых лет или еще больше. Каждый из них, в свою очередь, сопровождается двумя галактиками-сателлитами. Спутниками нашего Млечного Пути в данном случае служат Магеллановы Облака (малое и большое), которые хорошо видны из Южного полушария Земли в районе созвездия Тукана. Кстати, свое название они получили потому, что были впервые описаны во время первого кругосветного путешествия одним из спутников известного мореплавателя.

Магеллановы Облака находятся от нас на расстоянии примерно 160 тыс. световых лет. Затем идут 2-3 галактики средних размеров, в том числе и МЗЗ правильная спираль, наблюдаемая в созвездии Треугольника. Все остальное — карликовые галактики, большинство из которых имеют эллиптическую форму.

В общем, современные астрономы насчитали порядка 25 объектов, находящихся в пространстве протяженностью около 3 млн световых лет.

Такое скопление галактик в «местной системе» довольно-таки распространенное явление во Вселенной. Как, впрочем, и наш Млечный Путь — обычная галактика, а Солнце — рядовая звезда типа «желтый карлик».

«Строения» Вселенной. Во Вселенной известны и многие другие образования. Самое близкое из них в созвездии Девы, находящемся на расстоянии 4050 млн световых лет: оно содержит свыше 3 тыс. галактик. Внимательное изучение подобных сверхскоплений приводит к мысли, что и сами они входят в более значительные объединения. «Местная система», созвездия Девы и Большой Медведицы, несколько других ближайших к нам сверхскоплений, по-видимому, часть того, что ученые называют Метагалактикой.

А что находится между галактиками? С помощью гигантского телескопа Паломарской обсерватории в середине 70-х годов нашего века были сфотографированы «нити» и целые «мосты», связывающие некоторые галактики. На основании этих данных группа исследователей из Института астрофизики и физики атмосферы Академии наук Эстонии под руководством академика Я. Э. Эйнасто предложила несколько лет назад концепцию гипергалактик, которую охочие на хлесткие сравнения журналисты окрестили «сотами Вселенной».

Суть этой концепции заключается в следующем. Когда специалисты принялись внимательно рассматривать крупномасштабную объемную карту Вселенной, созданную на основании наблюдений последних лет, то обратили внимание, что галактики в ней располагаются отнюдь не равномерно, а составляют как бы стенки ячеек, «сот», заполненных чем-то не видимым глазу.

Работа эстонских астрофизиков получила всеобщий резонанс, во всем мире группы исследователей стали работать в этом направлении. И как раз в тот момент, когда я был в институте, там получили сообщение о работе ученых Гарвардского университета. Когда американские исследователи попытались составить карту еще более крупных размеров, то выявили, что сами по себе «соты» складываются в некое еще более крупномасштабное образование. Оно получило название «Великой стены».

Стена эта представляет собой конгломерат, сложенный из тысяч галактик, подобных нашему Млечному Пути. Ее размеры еще недавно показались бы неправдоподобными: длина — 0,5 млрд, ширина 200 млн, а толщина 15 млн световых лет!

«Великая стена» — самая крупная структура, обнаруженная за последнее время, заявила по этому поводу одна из составительниц карты Маргарет Геллер. Ее существование оказалось для астрономов большой неожиданностью. Тем не менее приходится смотреть правде в глаза: по мере того как при изучении Вселенной мы переходим к все более крупным масштабам, увеличиваются и структуры, которые мы обнаруживаем. Сначала это были как бы озера звезд. Потом мы открыли моря. А сегодня речь идет уже об океанах. И думаю, что если мы начнем пользоваться все более мощными телескопами, то обнаружим и еще большие структуры.

Карта, составленная в Гарварде, отображает клиновидную часть небосвода, соответствующую площади менее чем 0,9 процента видимой Вселенной. Любое увеличение потребует серьезных дополнительных усилий — ведь и данное изображение синтезировано по результатам многолетних наблюдений ученых многих стран. Так что, говоря строго, пока неизвестно, как широко простирается «Великая стена» за пределы изученного участка, единственная ли она в своем роде.

Правда, есть возможность проверить это с максимальной экономией средств и сил — провести дополнительное изучение Вселенной в таком же узком секторе, но, скажем, в противоположном направлении.

Взгляд в сторону Северного и Южного полюсов именно здесь на небе видно меньше всего звезд, а значит, удается подальше заглянуть в глубь Вселенной — показал, что на расстоянии в 20 млн световых лет от нашей Галактики действительно существуют скопления материи.

«Подобные регулярные образования, — заключили ученые, — можно в каком-то смысле уподобить крепостным башням, которые, как известно, есть и на Великой стене, построенной древними китайцами».

И наконец, последнее известие на эту тему. Недавно пришло сообщение о том, что французские астрономы Жан-Клод Пеккер, Жан-Поль Вижье, Жан Эйдман и их коллеги уподобили строение Вселенной некой сверхгигантской аналогии клеточной структуры. Галактики, по их мнению, располагаются как бы на ребрах, гранях и вершинах многогранников размером порядка 200 млн световых лет каждый. «Это чем-то напоминает распределение клетчатки в растительных тканях», — заявили исследователи.

Однако клетчатка заполнена внутри клеточным соком, имеет ядро и много чего еще. А чем заполнено пространство между стенками? Нам оно кажется пустым. Но так ли это?

Впрочем, прежде чем мы с вами займемся выяснением, что содержат «соты» или «клетки» Вселенной, нам придется обсудить еще одну проблему: неподвижны ли звезды и галактики вокруг нас?

Куда убегают звезды? Долгое время астрономы полагали, что звезды находятся в покое. Движутся лишь планеты, обращающиеся вокруг Солнца. Даже Альберт Эйнштейн, создавая свою знаменитую теорию относительности, полагал, что «все во Вселенной дышит покоем». Однако когда полученные им уравнения проанализировал в 1922-1924 годах российский теоретик Александр Фридман, то оказалось, что это далеко не так. Если пространство равномерно заполнено массивными телами, то такая система не может быть долго в состоянии покоя — она обязательно должна либо расширяться, либо сжиматься.

Эйнштейн попробовал было оспорить выводы Фридмана, однако с точки зрения математики в них все было безупречно. Да тут еще в 1924 году американский астроном Эдвин Хаббл на практике пришел к выводу, что, по крайней мере, некоторые галактики определенно движутся. Линии их спектров оказались не на своих законных местах, а сдвинуты в сторону.

Пытаясь хоть как-то объяснить замеченное явление, Хаббл в конце концов пришел к выводу, что во всем виноват эффект Доплера.

Этот эффект, названный так по имени австрийского физика Доплера, который еще в 1842 году обратил внимание, что гудок стоящего паровоза и гудок движущегося кажутся нам разной высоты. Когда поезд удаляется, тон гудка понижается, при приближении, напротив, повышается.

Потом французский физик А. Физо распространил понятие доплеровского смещения не только на акустику, но и на оптику. Ну а американец Хаббл отметил, что свет удаляющихся звезд смещен в красную сторону спектра. Иными словами, он выяснил, что галактики убегают от нас. Или мы, соответственно, от них.

В дальнейшем ученые обнаружили, что чем дальше отстоят эти галактики от нашей, тем больше красное смещение, тем выше, значит, скорость их убегания. Так родилась гипотеза о расширяющейся Вселенной.

Переучет на небесах. К 70-м годам нашего столетия ученые пришли к выводу, что мы с вами живем в протонной Вселенной. Ведь и звезды, и межзвездный газ состоят где-то на 72 процента из водорода, на 25 процентов из гелия и лишь оставшиеся 3 процента приходятся на все другие элементы и соединения. Общая масса планет, астероидов и т. д., где соотношение элементов иное, настолько незначительна в общем балансе, что ее можно и не принимать во внимание.

Масса же ядра того же водорода состоит в основном из протона. И атом гелия тоже состоит наполовину из протона. Таким образом и получается, что протоны составляют около 85 процентов массы.

Однако последние годы замечено, что, похоже, баланс этот стал нарушаться. Астрономы увидели: звезды внутри галактик, да и сами галактики, движутся во Вселенной так, словно на их передвижение влияет какая-то дополнительная масса.

Причем величина этой скрытой массы отнюдь не малая — наблюдаемые нами звезды и галактики, согласно расчетам, составляют всего-навсего от 1 до 10 процентов общей массы Вселенной.

Где скрывается скрытая масса? В поисках недостачи ученые стали примерять на роль носителя скрытой массы различные объекты.

Так, например, часть исследователей полагает, что большую часть массы берут на себя звезды-карлики — те бывшие светила, которые прошли уже свой цикл жизненного развития, перестали светиться, а потому и невидимы. Но они по-прежнему содержат в себе немалое количество вещества, причем в весьма сверхплотном состоянии. Согласно некоторым расчетам, получается, что наперсток вещества с такой звезды может весить около 1 млрд т!

Другие полагают, что одних карликов для покрытия недостачи мало, и предлагают покрыть ее за счет антиматерии. Дело в том, что в январе 1996 года группе физиков из Европейского центра ядерных исследований впервые за всю историю человечества удалось получить то, что до сей поры считалось предметом фантастическим, — несколько атомов антиводорода.

Эти антиатомы послужили иллюстрацией возможности существования наряду с нашим миром еще и некоего зазеркального, где все наоборот: электроны обладают положительным зарядом, протоны — отрицательным и т. д.

Ныне выдвинуто предположение, что в космосе возможно существование двух или даже нескольких замкнутых пространств, в одних из которых доминирует материя, а в других — антиматерия. По этому поводу известный писатель-фантаст Станислав Лем выразился однажды так: «Представьте себе, вы пустили десяток-другой мыльных пузырей, и они плывут рядышком по воздуху. Подобное происходит и во Вселенной. Мы живем в мире с положительно заряженной материей, а где-то, быть может, кочуют во Вселенной антимиры».

Вот эти-то антимиры и создают то гравитационное воздействие, которое обуславливается эффектом скрытой массы. Ведь, как полагают многие физики, в этом мире большинство законов природы должно быть таким же, как и в нашем мире. По крайней мере, яблоки под действием силы тяжести падают вниз, а не летят вверх.

Однако такое трактование имеет и свои недостатки. Во-первых, непонятно, каким образом эти антимиры скрываются от земных наблюдателей? Во-вторых, как полагают некоторые теоретики, по крайней мере, в некоторых из таких антимиров может существовать и антимасса, в какой-то мере уравновешивающая массу. А стало быть, в этом случае количество антимиров должно составлять не половину, а намного превосходить количество миров (не забывайте, нам необходимо компенсировать до 99 процентов общей массы). Но почему тогда в природе наблюдается такая асимметрия?..

В общем, надо было поискать еще какое-нибудь объяснение наблюдающимся событиям. И оно, конечно, было найдено. «Недостающая масса скрывается в черных дырах», — предполагают ныне многие исследователи.

«Черные дыры» — уже сами эти слова подразумевают тайну, путь в неизведанное. Откуда же они взялись?

«Курьез» Вселенной? Возможность их существования вытекала из общей теории относительности Альберта Эйнштейна, сформулированной им еще в 1915 году, но долгое время многими учеными воспринималась не более как научный курьез — игра ума теоретиков. Но ныне, кажется, положение меняется.

Предполагается, что черные дыры могут иметь самые различные размеры. На одном конце шкалы сверхтяжелые черные дыры с массой, превышающей массу нашего Солнца в 100 млн раз, они находятся в центре квазаров — источников колоссальной энергии, действующей в глубинах Вселенной. Что касается другого конца шкалы, то астрономы рассматривают сейчас вероятность существования черных минидыр, плавающих в космосе и обладающих массой горы, «спрессованной» в точку размером с атомную частицу.