Под знаком кванта. - Леонид Иванович Пономарёв

о гравитационной неустойчивости распределенных масс вещества получили развитие в работах Джеймса Хопвуда Джинса (1877—1946) (нам он уже известен как один из авторов распределения Рэлея — Джинса в теории теплового излучения).

Уплотнение водородно-гелиевых сгущений происходило довольно быстро: уже через миллион лет плотность и температура внутри таких сгустков достигает значений, при которых начинается ядерное горение водорода. В этот момент сжатие прекращается противодавлением излучения и образовавшаяся звезда стабилизируется до тех пор, пока не исчерпает запасов ядерной энергии. Время жизни звезд зависит от их массы: чем меньше звезда, тем дольше она живет. Звезды с массой M<Mʘ живут десятки миллиардов лет, а с массой М>5Mʘ — в тысячу раз меньше.

На ранних стадиях расширения Вселенной чаще образовывались массивные звезды, которые быстро сжигали запасы ядерного топлива и взрывались как сверхновые. Взрыв сверхновой — это грандиозное событие даже по космическим масштабам. По существу, это взрыв термоядерной бомбы величиной с наше Солнце. Энергия, которая при этом выделяется, в сотни миллиардов раз превышает излучение Солнца, и сверхновая некоторое время светит, как целая галактика. Масса сброшенной при взрыве оболочки сверхновой сравнима с массой Солнца, а ее вещество обогащено тяжелыми элементами, которые образовались в мощном потоке нейтронов термоядерного взрыва.

Именно эти взрывы изменили первоначальный химический состав вещества Вселенной: теперь, кроме водорода и гелия, оно содержит также от 1 до 3 % примесей тяжелых элементов. Это — как соль в космическом супе, но именно из этой соли построена Земля. Соотношение элементов в Земле с большой точностью повторяет распределение, тяжелых элементов на Солнце (гелий и свободный водород улетучились уже в раннюю геологическую эпоху Земли). Состав тканей человека не отличается существенно от состава морской воды и распространенности элементов в Земле, так что в итоге все мы — остатки взорвавшейся некогда звезды.

Сейчас взрывы сверхновых в нашей Галактике происходят очень редко: одно-два в столетие. За последнюю тысячу лет в летописях зафиксировано только четыре из них: в 1006, 1054, 1572 гг. (звезда Тихо Браге) и в 1604 г. (звезда Кеплера). Они светили ярче Венеры и были видны днем. (Две последние вспышки поколебали средневековый догмат о неизменности неба и немало содействовали изобретению телескопа в 1608 г.) Однако в первый миллиард лет существования Вселенной именно такие взрывы определили современный ее облик.

Наше Солнце — звезда третьего поколения. Оно образовалось из космической пыли, уже дважды прошедшей через космические тигли, около 5 млрд. лет назад. Через 5 — 7 млрд. лет оно истощит запасы водорода и перейдет в стадию гелиевого горения — с этого момента дни его сочтены. Внешняя оболочка Солнца, окружающая гелиевую сердцевину, начнет быстро расширяться, достигнет орбиты Земли и превратит ее в раскаленную пустыню: Солнце перейдет в стадию красного гиганта, подобного Альдебарану или Бетельгейзе. Это продлится недолго: всего через 10 тыс. лет оболочка Солнца рассеется, а само оно превратится в белый карлик, похожий на звезду Сириус В — спутник Сириуса А, самой яркой звезды нашего неба (которая сама к этому времени, вероятнее всего, взорвется). Но вряд ли кому-либо из людей придется наблюдать эту картину апокалипсиса.

Вселенная продолжает расширяться и охлаждаться до сих пор. Этот вывод следует из уравнений общей теории относи

тельности Эйнштейна. Но когда советский физик Александр Александрович Фридман (1888—1925) в 1922 г. нашел такие решения этих уравнений, из которых следовало, что Вселенная расширяется, Эйнштейн возражал против такого заключения и лишь впоследствии признал свою неправоту. Семь лет спустя, в 1929 г., американский астроном Эдвин Пауэлл Хаббл (1889—1953) обнаружил «разбегание галактик» и даже измерил его скорость. Оказалось, что далекие галактики удаляются тем быстрее, чем дальше они отстоят от нас — в полном согласии со следствиями гипотезы «большого взрыва».

На границе видимой Вселенной (10—15 млрд. световых лет) галактики удаляются от нас со скоростью близкой к скорости света.

Свидетелем эпохи «большого взрыва», происшедшего около 15 млрд. лет назад, осталось реликтовое излучение, открытое Арно Пензиасом и Робертом Уилсоном в 1965 г. (Нобелевская премия 1978 г.): это то излучение, которое через 0,01 с после «большого взрыва» имело температуру 1011 градусов, а миллион лет спустя охладилось до 3000 градусов. Сейчас реликтовое излучение равномерно заполняет всю Вселенную (около 500 квантов в кубическом сантиметре), его средняя температура равна 2,82 К, а спектр подчиняется той самой знаменитой формуле Планка для равновесного излучения абсолютно черного тела, с которой началось развитие квантовой физики и с рассказа о которой мы начали эту книгу.

Круг замкнулся. Как говорили в древнем Китае: «Человек восходит корнями к предкам, но корни всего сущего находятся на небе».

Гипотезу «большого взрыва» выдвинул Георгий Гамов в 1948 г. — через двадцать лет после объяснения им явления α-распада. Основанием для такого предположения послужила космологическая теория Фридмана и подтверждение ее Хабблом. Сейчас гипотезу Гамова называют «теорией горячей Вселенной», а еще чаще — «стандартной моделью» ранней Вселенной. Эти нарочито прозаические слова не соответствуют величию и грандиозности предмета обсуждения: ведь речь идет о начале мира, и при всем желании сохранить научную строгость и объективность умозаключений трудно отрешиться от сопутствующего им чувства нереальности.

Человеческая жизнь (менее 100 лет), вся история науки (300—400 лет), история цивилизаций (10 тыс. лет), появление человека (миллион лет) и даже возникновение Солнечной системы (около 5 млрд. лет),— все это лишь незначительные фрагменты летописи Вселенной.

Но почему мы должны верить во всю эту поистине библейскую картину рождения мира? Ответ прост, хотя, быть может, и не вполне убедителен: по той же самой причине, по которой мы верим в созданную нашим воображением картину атома: до сих пор все наблюдаемые следствия «стандартной модели» согласуются с предсказаниями теории «большого взрыва».

«Истина удивительнее всякой фантазии», и, по словам Фарадея, «ничто не может быть настолько прекрасным, чтобы заменить истину». Правда о звездах и Вселенной оказалась еще более захватывающей, чем все поэтические вымыслы о них. Эта правда, возвышая дух, подавляет воображение. Мы знаем теперь, что свет звезд, который на протяжении столетий был символом покоя и безмятежности, хранит в себе память о гибели и возрождении атомов, о магнитных бурях и космических взрывах. И это знание не проходит для нас бесследно.

Азарт научного поиска и неизбежные мелочи, сопутствующие ему, заслоняют часто величие открываемых явлений. И все же, оставаясь наедине со звездной бездной, трудно отрешиться от первобытного страха, так похожего на чувства человека, стоящего на краю пропасти.

«Астрономия — счастливая наука,