Физика времени

Чернин Артур Давидович

Наша Галактика вместе с Туманностью Андромеды и тремя десятками других менее крупных галактик образуют Мест-

ную группу галактик. В свою очередь, эта группа существует не изолированно, она сама входит в крупное скопление галактик, центр которого лежит в направлении на созвездие Девы. И само это скопление галактик называют скоплением в Деве. В скоплении содержится около тысячи галактик.

Скопление в Деве служит ядром еще более крупного образования, называемого Местным

сверхскоплением. Вместе с «нашим» скоплением в Деве в него входит еще несколько скоплений и групп галактик. Местное сверхскопление имеет не слишком четко очерченную форму. В целом оно выглядит довольно уплощенным. Его наибольший продольный размер достигает ста миллионов световых лет. Поперечный размер приблизительно в 5 раз меньше.

Известны и другие сверхскопления, кроме «нашего» Местного, лежащие далеко за его пределами, но довольно отчетливо различимые в современные крупные телескопы.

Итак, Земля входит в Солнечную систему, Солнечная система входит в Галактику, Галактика входит в Местную группу, Местная группа входит в скопление в Деве, скопление в Деве входит в Местное сверхскопление. Что дальше?

Несколько лет назад астрономы составили удивительную карту Вселенной. На этой карте каждая галактика представляется всего лишь точкой. На первый взгляд эти точки рассеяны на карте без всякого порядка. Если же приглядеться внимательно, то можно обнаружить группы, скопления и сверхскопления, в которые собраны многие точки-галактики. Сверхскопления выглядят на такой карте цепочками точек. Но что поразительнее всего, карта позволяет обнаружить, что некоторые такие цепочки соединяются и пересекаются, образуя какой-то сетчатый или ячеистый узор, напоминающий кружева или, может быть, пчелиные соты.

Покрывает ли такая «сеть» всю Вселенную, еще предстоит выяснить. Но несколько отдельных примеров ячеек, очерченных сверхскоплениями, удалось подробно изучить. Внутри ячеек галактик почти совсем нет, они собраны в ограничивающие ячейки «стенки». Размеры ячеек: 100 — 300 миллионов световых лет.

«Ячейка» — это еще пока не окончательное, лишь рабочее название для самого крупного образования во Вселенной. Еще более крупных по размерам систем в природе определенно нет. Это с полной надежностью показывает карта Вселенной, о которой мы говорили. Астрономия пришла, наконец, к завершению одной из самых грандиозных своих задач — вся последовательность (или, как еще говорят, иерархия) астрономических систем теперь целиком известна.

Метагалактика

Дальность действия современных телескопов достигает примерно 10—15 миллиардов световых лет. Это самые большие пространственные масштабы, доступные современной науке. Наблюдаемую область Вселенной в астрономии называют Метагалактикой (приставка мета — греческого происхождения и означает после, за). Она включает в себя все планеты, звезды, галактики, содержащиеся в гигантском шаре с радиусом 10 — 15 миллиардов световых лет.

Удивительно, что при всем разнообразии входящих в нее небесных тел Метагалактика сама по себе в высшей степени однообразна и проста по устройству. Чтобы судить об этом, следует взглянуть на Метагалактику как на некое единое целое. Нужно охватить мысленно сразу весь ее объем. И тогда окажется, что Метагалактика везде одинакова — небесные тела рассеяны по всему ее пространству довольно равномерно.

Об этом можно сказать и точнее. Представим себе, что мы разглядываем в пространстве очень большой кубический объем с ребром, скажем, 500 миллионов световых лет. Подсчитаем, сколько галактик содержится в этом гигантском кубе. Произведем затем такие же подсчеты для других, но столь же больших объемов, расположенных в различных

частях Вселенной. Если все это проделать и сравнить результаты, то окажется, что в каждом таком объеме, где бы его ни взять, содержится одинаковое число галактик. То же самое будет и при подсчете не галактик, а скоплений или даже ячеек. Это означает, что Метагалактика в большом масштабе предстает перед нами однородной. Это ее важнейшая черта, самое главное свойство пространства видимой Вселенной.

Нужно сказать, что люди уже давно подозревали об этом. И в своих рассуждениях исходили именно из соображений максимальной простоты устройства. Например, физик и знаменитый мыслитель Блез Паскаль (1623—1662) говорил, что мир — это круг, центр которого везде, а окружность нигде. Так с помощью наглядного геометрического образа он утверждал пространственную однородность Вселенной.

В однородном мире все «места», можно сказать, равноправны. Любое из них имеет право претендовать на то, что оно центр мира. А если так, то, значит, никакого центра мира вовсе не существует.

Вне времени?

Подходя к построению космологии, основанной на только что созданной им общей теории относительности, Эйнштейн следовал определенным общим воззрениям на Вселенную. Прежде всего, он разделял соображения о максимальной простоте ее устройства. Он считал, что Вселенная в целом должна быть однородной. Это, как мы знаем, означает равноправность всех ее «мест», или, математически говоря, всех точек ее пространства. Он предполагал также и равноправность всех направлений в пространстве: в какую сторону ни взглянуть, увидишь одно и то же. Это свойство равноправности направлений называют изотропией. Она тоже, конечно, (как и однородность) присуща картине мира лишь в самом крупном масштабе. В «мелком» масштабе, например в масштабе нашей Солнечной системы, никакой изотропии (как и однородности), очевидно, нет.

Эти взгляды не вытекали сами по себе ни из теории относительности, ни из каких-либо первых принципов физики. Не существовало тогда и никаких конкретных астрономических сведений о крупномасштабных свойствах Метагалактики. Это были традиционные интуитивные представления об общих чертах Вселенной, восходящие к истокам науки нового времени, к идеям Коперника и Бруно. Дальнейшее развитие наблюдательной астрономии полностью их подтвердило: Метагалактика как целое действительно оказалась однородной и изотропной.

Однородность и изотропия — это пространственные свойства наблюдаемой Вселенной. А каковы ее временные свойства?

Нужно сказать, что на этот счет тоже имелась традиция, которой следовал и Эйнштейн. Он считал, что Вселенная в целом пребывает в неизменном состоянии и никак не подвластна ходу времени. Конечно, здесь и там в мире могут рождаться и умирать звезды или даже галактики. Но вся Вселенная как таковая не испытывает от этого изменений. Если погасли какие-то галактики или звезды, то вместо них возникают другие, а картина мира в крупном масштабе остается одной и той же. Так не изменяется и остается самим собой лес, хотя одно за другим сменяют в нем друг друга поколения деревьев.

Эйнштейн говорил о статической, то есть неподвижной, вечной и неизменной во времени Вселенной. В такой Вселенной каждый момент времени — всего лишь мгновение между бесконечным прошлым и бесконечным будущим. В каждое мгновение Вселенная одна и та же. И потому сами эти мгновения тоже одинаковы и неразличимы. Из таких одинаковых неразличимых мгновений складывается общее время Вселенной. Это время можно назвать однородным — все его мгновения равноправны между собой.

В первые 2—3 десятилетия нашего века такие представления о Вселенной и ее времени казались естественными и даже очевидными. Таково было, по-видимому, общее умонастроение.