Современные космологические модели Вселенной

Вплоть до начала XX в. никакой глобальной эволюционной теории развития Вселенной не могло существовать, поскольку классическое естествознание ориентировалось преимущественно на изучение статики физических систем. В классической науке господствовала теория стационарного состояния Вселенной. Это не значит, что она игнорировала движения небесных тел: изучались движения планет и комет, описывались звезды, создавались их классификации.

Однако подразумевалось, что в процессе таких движений «все возвращается на круги своя», иными словами, сами такие движения являются неизменными: Луна вращается вокруг Земли по одной и той же орбите, по одним и тем же орбитам вращаются планеты и движутся кометы. Иначе говоря, вопрос об эволюции Вселенной не ставился.

В этом аспекте ньютоновская картина Вселенной оставалась наследницей аристотелевской парадигмы, в которой Космос также полагался неизменным. Однако фундаментальные положения ньютоновской космологии приводили к существенным противоречиям, осмысление которых произошло в виде космологических парадоксов, вытекающих из постулата о бесконечности Вселенной.

Гравитационный парадокс. Если Вселенная бесконечна и в ней существует бесконечное число небесных тел, то в соответствии с законом всемирного тяготения Ньютона сила тяготения применительно к любому материальному телу во Вселенной бесконечно велика. В результате Вселенная не может быть вечной, поскольку все вещество Вселенной должно неминуемо сжиматься к центру. Этот парадокс получил название «парадокс Неймана — Зелигера» в честь немецких ученых К. Неймана (1832—1925) и X. Зелигера (1849—1924). Парадокс вытекает из того, что закон всемирного тяготения не отвечает на вопрос о гравитационном ноле, создаваемом бесконечной системой масс.

Фотометрическимй парадокс. Если повсюду в бесконечном пространстве стационарной Вселенной имеются излучающие звезды, то в любом направлении взгляда наблюдателя в луч его зрения должно попасть бесконечное число таких звезд, пусть и слабо светящихся. Однако бесконечная сумма слабо светящихся (или практически невидимых) тел на воображаемом небосводе должна давать ослепительно яркую точку. Поскольку такое должно происходить на любом направлении взгляда наблюдателя, то и вся поверхность неба должна представляться ослепительно яркой, подобной, например, поверхности Солнца (рис. 9.2).

Очевидная аналогия: сколь бы редким ни был лес, но если он достаточно велик, путник в этом лесу ощущает себя окруженным стеной из деревьев, поскольку в каком бы направлении он ни бросил взгляд, его глаз рано или поздно «наткнется» на какое-либо дерево.

Сформулирован этот парадокс в 1744 г. швейцарским астрономом Ж.-Ф. Л. де Шезо (1718—1751), но иногда называется парадоксом Г. В. Ольберса (1758—1840), который привлек к нему внимание исследователей в 1826 г.

Рис. 9.2. Фотометрический парадокс.

Оба этих парадокса неразрешимы в рамках космологии Ньютона. Они заставили ученых задуматься над следующими вопросами:

• • Действительно ли Вселенная является бесконечно древней?
• • Не возникла ли она в прошлом и нельзя ли выявить момент такого возникновения?
• • Действительно ли Вселенная бесконечна в пространстве?
• • Не является ли она пространственно ограниченной и незамкнутой?

Однако в то время, когда были сформулированы космологические парадоксы, наука их разрешить не могла.

Предпосылки их разрешения возникли с созданием ОТО: появился необходимый математический аппарат для описания эволюционирующей Вселенной. Другая группа предпосылок связана с развитием физики микромира. Как выявилось впоследствии, закономерности микромира и мегамира тесно связаны друг с другом.