Сучасна теорія еволюційного Всесвіту

Нестаціонарні явища. Одним з найважливіших відкриттів другої половини XX ст., яке значно розширило

наші уявлення про Всесвіт, було відкриття радіогалактик. З'ясувалося, що багато зоряних систем - джерела досить інтенсивного радіовипромінення.

Дослідження космічних радіостанцій за допомогою радіотелескопів показало, що джерелом радіовипромінювання у цих об'єктів, як правило, є не сама галактика, а два плазмових утворення - «плазмони», симетрично розташовані по обидва її боки. Саме в таких плазмонах, або, як їх прийнято називати, радіокомпонентах, і відбуваються ті фізичні процеси, які породжують потужне радіовипромінювання.

Яка ж природа цих фізичних процесів, які протягом багатьох мільйонів років підтримують радіовипромінювання радіогалактик?

Багато даних свідчать про те, що джерелом енергії радіовипромінювання, очевидно, є активні фізичні процеси, що відбуваються в центральних частинах деяких галактик - так званих ядрах. Нерідко ці процеси супроводжуються викидом значних мас речовини, виділенням величезних енергій, а також вибуховими явищами. Так, ядро нашої власної Галактики протягом року викидає значні маси водню. Ядра деяких інших галактик проявляють набагато більшу активність.

Але навіть потужні енергетичні сплески, які відбуваються в ядрах галактик, блякнуть порівняно з процесами, що мають місце в об'єктах, які були вперше виявлені у 1963 р. і дістали назву квазарів. Ці об'єкти розташовані на колосальних відстанях від нашої галактики біля меж спостережуваного району Всесвіту, і за даними астрофізичних спостережень є компактними утвореннями. Якщо поперечник нашої Галактики дорівнює 100 тис. св. років, то поперечники квазарів становлять усього лише кілька світлових тижнів або місяців. Порівняно з галактиками це «порошинки». Але кожна така «порошинка» випромінює в сотні разів більше енергії, ніж найбільші відомі нам галактики!

Так, наприклад, світність! усієї нашої Галактики становить близько 1037 Вт. У квазарів вона приблизно в 10 тисяч разів більша! А загальна кількість енергії, що її виділяють квазари, оцінюється в 10м Дж. Це в 10 трильйонів разів більше, ніж виділило Сонце протягом усього свого існування. Такої кількості енергії цілком достатньо, щоб підтримувати спостережуване енерговиділення квазарів - 1041 Вт упродовж сотень тисяч років.

Деякі квазари випромінюють не тільки в оптичному, радіо та інфрачервоному діапазонах електромагнітних хвиль, а й мають потужне рентгенівське і навіть гамма-випромінювання. Так, у квазарів ЗС-273 рентгенівська світність досягає 2 • 1039 Вт.

Систематичні дослідження в рентгенівському і гамма-діапазонах електромагнітних хвиль, що проводяться останніми роками, привели до виявлення кількох космічних об'єктів, випромінювання яких на цих довжинах хвиль зазнає різких короткочасних коливань. Мова йде, зокрема, про потужні спалахи гамма-випромінювання. І хоч фізичну природу цих явищ до кінця ще не розкрито, вони, безперечно, є відбиттям якихось нестаціонарних процесів, що відбуваються у Всесвіті.

На початку нашого століття будь-які прояви нестаціонарності у Всесвіті, скажімо, пульсації змінних зір цефеїд або спалахи нових і наднових зір, розглядалися вченими як своєрідні відхилення від нормальних станів.

«Пульсація цефеїд,- писав, наприклад, фізик-теоретик Артур Еддінгтон,- різновид хвороби, що уражує зорі в певний період дитинства; пройшовши через нього безболісно, вони далі існують без пульсацій. Напади цієї хвороби можуть траплятися й у пізніші періоди життя; зорі зазнають іноді катастрофічних вибухів, які викликають появу нових зір».

Однак астрономічні відкриття XX сторіччя, особливо другої його половини, з усією очевидністю виявили неспроможність уявлень, що панували свого часу, про стаціонарність Всесвіту і об'єктів, які його населяють. Стало ясно, що не тільки Всесвіт як ціле змінюється з часом, але буквально на всіх рівнях існування матерії відбуваються нестаціонарні процеси, якісні перетворення матерії, глибокі якісні стрибки.

Цей висновок цілком відповідає точці зору діалектичного матеріалізму на процес розвитку.

«...Розвиток стрибкоподібний, катастрофічний, революційний; - «перериви поступовості»; перетворення кількості в якість... взаємозалежність і найтісніший, нерозривний зв'язок всіх сторін кожного явища (причому історія відкриває все нові й нові сторони), зв'язок, що дає єдиний, закономірний світовий процес руху,- такі є деякі риси діалектики».

У світлі цього висловлювання В. І. Леніна важлива роль нестаціонарних процесів у розвитку космічних форм матерії постає цілком природною й закономірною. Зараз вже ясно, що ці явища - не випадкові відхилення від норми, а закономірні «поворотні пункти» у розвитку космічних об'єктів, де здійснюються переходи матерії з одного якісного стану в інший, виникають нові небесні тіла.

Відповідно до цього змінилося і головне завдання сучасної астрофізики: вона перетворилася в еволюційну науку, що вивчає закономірності походження і розвитку космічних об'єктів. При цьому однією з найважливіших проблем сучасної астрофізики стало питання про джерела енергії нестаціонарних процесів, які відбуваються у квазарах і ядрах галактик.

Зараз, мабуть, уже ніхто не сумнівається в тому, що між квазарами і ядрами галактик існує генетичний, тобто родинний зв'язок. Однак щодо питання про характер цього зв'язку існують дві точки зору. Згідно з однією з них у центрі галактики в сукупності великої кількості зір і газу утворюється порівняно невелике (розміром 1016-1017 см), але гігантське за масою (близько 108- 109 мас Сонця) ядро. Якщо галактика повільно обертається, то формування такого ядра уявляється досить природним: газ і зорі «стікають» у «потенціальну яму». З точки зору подібної гіпотези колосальна світність квазарів пояснюється виділенням при гравітаційному стисненні величезної кількості енергії.

За іншою гіпотезою, квазари - давніші утворення, ніж галактики. Квазари в середньому розташовані далі, ніж галактики з активними ядрами. А це означає, що вони виникли раніше зоряних систем (адже чим далі знаходиться від нас космічний об'єкт, тим у більш віддаленому минулому ми його спостерігаємо) і вже потім «обростали» зорями, стаючи ядрами зоряних систем, що формуються навколо них. На користь такого припущення говорить і подібність фізичних процесів, що відбуваються в квазарах і ядрах деяких зоряних систем. Крім того, останнім часом виявлено ряд квазарів, оточених зорями.

Що ж стосується джерел енергії, які «працюють» у квазарах і активних ядрах галактик, то щодо цього є ряд припущень. Дуже цікавою е гіпотеза «чорних дір». «Чорна діра» - досить своєрідний об'єкт, теоретична можливість існування якого випливає із загальної теорії відносності. За певних умов компактний згусток речовини може під дією власного тяжіння зазнати катастрофічного стиснення й перетворитися на об'єкт, який відзначається настільки потужним притяганням, що його не зможе здолати жоден фізичний сигнал. Ні промінь світла, ні радіохвиля, ні крихта не зможуть «вирватися» з такого утворення назовні. Це і є «чорна діра».

Водночас «чорна діра» здатна втягувати у себе навколишню речовину. При цьому кінетична енергія падаючої речовини в гравітаційному полі «чорної діри» може перетворюватися на інші види енергії. Висловлюється припущення, за яким у центральних частинах квазарів і ядер галактик знаходяться надмасивні «чорні діри». Вони інтенсивно «всмоктують» навколишню речовину, при цьому виділяється величезна енергія.

Це теоретичне припущення нещодавно дістало цікаве спостережне підтвердження. У безпосередній близькості від центра галактики М-87 з дуже активним ядром було виявлено слабосвітний компактний згусток, маса якого становить 6 млрд, сонячних мас. Не виключено, що це і е надмасивна «чорна діра», впливом якої пояснюється висока фізична активність ядра галактики М-87.

Хоча це може виявитися утворенням і якоїсь іншої фізичної природи. Так, ще у 1958 р. академік В. А. Амбарцумян висловив думку про те, Що до складу ядер галактик входять надмасивні згустки дозоряної матерії, що мають колосальний запас енергії і масу в сотні мільйонів чи навіть у мільярди мас Сонця, їх розпад і зумовлює активність ядер і потужні викиди речовини. На думку Амбарцумяна, саме існування галактики навколо ядра є результатом активності надмасивного тіла. Не ядро утворилося в уже існуючій галактиці, а галактика виникла в результаті активності ядра, а також вторинних центрів активності, що виділилися а нього.

Проте яка з існуючих гіпотез виявиться більш близькою до дійсності, покажуть тільки майбутні дослідження.

Зокрема, що стосується «чорних дір», то поки що жодна реальна «чорна діра» у Всесвіті ще не виявлена.

Згідно з теорією «чорні діри» можуть бути завершальними етапами в житті зір з масою у 3-5 і більше мас Сонця. Якщо такий об'єкт входить до складу подвійної системи, то його можна виявити за деякими непрямими ознаками, зокрема за рентгенівським випромінюванням. Найбільш вірогідним кандидатом такого роду е рентгенівське джерело в сузір'ї Лебедя. А втім хоч результати спостережень цього об'єкта і не суперечать гіпотезі про «чорну діру», але повної впевненості в тому, що це справді «чорна діра», поки що немає. Картина, яка спостерігається, може мати і інші пояснення.

Слід зазначити, що припущення про те, що до складу ядер галактик і квазарів входять «чорні діри», теж є тільки гіпотеза, яка повинна бути підтверджена спостереженнями. З точки зору теорії компактний згусток речовини досить великої маси справді повинен колапсувати і може перетворитися на «чорну діру». Але чи є,такий кінець колапсу практично неминучим, поки що невідомо. У всякому разі, досі астрономічні спостереження реальних підтверджень щодо існування «чорних дір» як у ядрі нашої Галактики, так і у ядрах інших зоряних систем, не дали. Та й з точки зору теорії є ряд факторів, які можуть заважати утворенню в процесі колапсу масивних «чорних дір». Колапсуючі згустки можуть, наприклад, фрагментувати - розпадатися на частини. На певній стадії стиснення можливе виникнення ядерних процесів, здатних спричинити розлітання газових частин. Ці та деякі інші фізичні явища можуть перешкодити «колапсу до кінця» чи, принаймні, сильно його уповільнити, настільки, що стадії «чорної діри» буде досягнуто лише через кілька мільярдів років. А коли це так, то утворення «чорних дір» у квазарах і ядрах галактик має бути досить рідкісним явищем, і, таким чином, високу активність і величезне енерговиділення цих об'єктів наявністю «чорних дір» пояснити важко.

У процесі вивчення Всесвіту нерідко виявляються незвичайні об'єкти і явища, які тривалий час не дістають задовільного пояснення з точки зору існуючих фундаментальних фізичних теорій. До подібних ситуацій може бути три підходи.

Так, наприклад, явища, які не укладаються в межі відомих фізичних закономірностей, можна прийняти за такі, що не підпорядковані природним закономірностям взагалі, тобто за надприродні. Це найпростіше «розв'язання» проблеми, що не потребує ні доказів, ні якихось подальших досліджень. Саме з цих позицій релігійні теоретики намагаються тлумачити незвичайні явища, які ще не знайшли досить повного пояснення в сучасній фізиці, зокрема і явища космічні, як свідчення обмежених можливостей науки і божественної суті природних процесів.

Однак наука не визнає подібних підходів, її багатовіковий досвід переконливо свідчить про те, що будь-яке, навіть найзагадковіше явище, кінець кінцем дістає природне пояснення.

Другий шлях полягає в тому, щоб, незважаючи на труднощі і невдачі, прагнути до зведення незвичайних явищ до вже існуючого знання.

Зрозуміло, що аналіз будь-яких нових фактів, тим більше незвичайних, з точки зору загальноприйнятих фундаментальних фізичних теорій не тільки бажаний, а й абсолютно необхідний. Проте, з іншого боку, це аж ніяк не виключає правомірності спроб узагальнення цих теорій, оскільки може виявитися, що факти, про які йде мова, лежать поза межами їх застосування. Можна навести чимало прикладів з історії природознавства, коли подібні узагальнення виявлялися не тільки абсолютно необхідними, а й великою мірою плідними.

Тим більше не можна погодитися з твердженням, що його висувають деякі вчені на Заході, начебто фізична наука по суті «завершилася». На їхню думку, все розмаїття існуючих у природі фізичних умов, явищ і об'єктів може бути зведене до скінченної кількості фундаментальних законів, і ці фізичні закони, що керують рухом матерії у Всесвіті (за винятком лише закономірностей явищ, які відбуваються в ультраневеликих ділянках і за дуже великих густин), до нинішнього часу вже відкрито і вивчено, і будь-яке щойно виявлене явище безперечно можна описати за допомогою цих законів.

Проте така точка зору не має під собою жодних підстав. Ще на початку цього сторіччя В. І. Ленін, аналізуючи новітні фізичні відкриття того часу, підкреслював, що «електрон є так само невичерпний, як і атом, природа безконечна...» 1. Так само нескінченний і процес пізнання матеріального світу, що оточує нас. Наші знання про нього стають дедалі глибшими і різнобічними, ніколи не досягаючи межі.

З визнанням нескінченної різноманітності матеріального світу пов'язаний третій підхід до вивчення-незвичайних явищ, який допускав можливість того, що ці явища лежать за межами застосовності існуючих фундаментальних фізичних теорій, і для їх пояснення знадобиться розробка нових, загальніших теорій. Але це трапляється порівняно рідко - у більшості випадків нові факти рано чи пізно знаходять пояснення в межах існуючих знань. І все ж у процесі наукового дослідження час од часу обов'язково зустрічатимуться і такі факти, які вимагатимуть виходу за межі звичних теорій.

Отже, та обставина, що наука, «прориваючись» у нові зони дослідження, виявляє незвичайні «дивні», «дивовижні» з точки зору існуючих поглядів явища, ніякою мірою не спростовує наших діалектико-матеріалістичних уявлень про навколишній світ. Навпаки, подібні відкриття є наочним підтвердженням одного з основоположних принципів діалектичного матеріалізму - про нескінченну різноманітність і якісну невичерпність матеріального світу.