сказал: «Раньше полагали, что если бы из Вселенной исчезла вся материя, то пространство и время со¬хранились бы; теория относительности утверждает, что вместе с материей исчезли бы также пространство и время». Перенеся этот вывод на модель расширяющейся Вселенной, можно заключить, что до образования Вселенной не было ни пространства, ни времени.
Отметим, что теория относительности соответствует двум разновидностям модели расширяющейся Вселенной. В первой из них кривизна пространства-времени отрицательна или в пределе равна нулю; в этом варианте все расстояния со временем неограни¬ченно возрастают. Во второй разновидности модели кривизна поло¬жительна, пространство конечно, и в этом случае расширение со временем заменяется сжатием. В обоих вариантах теория относи¬тельности согласуется с нынешним эмпирически подтвержденным расширением Вселенной.
Досужий ум неизбежно задается вопросами: что же было тог¬да, когда не было ничего, и что находится за пределами расшире¬ния. Первый вопрос, очевидно, противоречив сам по себе, второй выходит за рамки конкретной науки. Астроном может сказать, что как ученый он не вправе отвечать на такие вопросы. Но поскольку они все же возникают, формулируются и возможные обоснования ответов, которые являются не столько научными, сколько натур¬философскими.
Так, проводится различие между терминами «бесконечный» и «безграничный». Примером бесконечности, которая не безгранична, служит поверхность Земли: мы можем идти по ней бесконечно долго, но тем не менее она ограничена атмосферой сверху и земной корой снизу. Вселенная также может быть бесконечной, но ограниченной. С другой стороны, известна точка зрения, в соответствии с которой в материальном мире не может быть ничего бесконечного, потому что он развивается в виде конечных систем с петлями обратной связи, которыми эти системы создаются в процессе преобразования среды.
Но оставим эти соображения области натурфилософии, по¬тому что в естествознании в конечном счете критерием истины яв¬ляются не абстрактные соображения, а эмпирическая проверка гипотез.
Что же было после Большого Взрыва? Образовался сгусток плазмы — состояния, в котором находятся элементарные частицы — нечто среднее между твердым и жидким состоянием, который и на¬чал расширяться все больше и больше под действием взрывной вол¬ны. Через 0,01 сек после начала Большого Взрыва во Вселенной по¬явилась смесь легких ядер (2/3 водорода и 1/3 гелия). Как образова¬лись все остальные химические элементы?
Эволюция и строение галактик
Поэт спрашивал: «Послушайте! Ведь, если звезды зажигают — зна¬чит — это кому-нибудь нужно?». Мы знаем, что звезды нужны, что¬бы светить, и наше Солнце дает необходимую для нашего существо¬вания энергию. А зачем нужны галактики? Оказывается и галактики нужны, и Солнце не только обеспечивает нас энергией. Астрономи¬ческие наблюдения показывают, что из ядер галактик происходит непрерывное истечение водорода. Таким образом, ядра галактик яв¬ляются фабриками по производству основного строительного мате¬риала Вселенной — водорода.
Водород, атом которого состоит из одного протона в ядре и од¬ного электрона на его орбите, является самым простым «кирпичи¬ком», из которого в недрах звезд образуются в процессе атомных ре¬акций более сложные атомы. Причем оказывается, что звезды совер¬шенно не случайно имеют различную величину. Чем больше масса звезды, тем более сложные атомы синтезируются в ее недрах.
Наше Солнце как обычная звезда производит только гелий из водорода (который дают ядра галактик), очень массивные звез¬ды производят углерод — главный «кирпичик» живого вещества. Вот для чего нужны галактики и звезды. А для чего нужна Земля? Она производит все необходимые вещества для существования жизни человека. А для чего существует человек? На этот вопрос не может ответить наука, но она может заставить нас еще раз заду¬маться над ним.
Если «зажигание» звезд кому-то нужно, то может и человек кому-то нужен? Научные данные помогают нам сформулировать представление о нашем предназначении, о смысле нашей жизни. Обращаться при ответе на эти вопросы к эволюции Вселенной — это значит мыслить космически. Естествознание учит мыслить космически, в то же время не отрываясь от реальности нашего бытия.
Вопрос об образовании и строении галактик — следующий важный вопрос происхождения Вселенной. Его изучает не только космология как наука о Вселенной — едином целом, но также и ко¬смогония (греч. «гонейа» означает рождение) — область науки, в которой изучается происхождение и развитие космических тел и их систем (различают планетную, звездную, галактическую кос¬могонию).
Галактика представляет собой гигантские скопления звезд и их систем, имеющие свой центр (ядро) и различную, не только сфе¬рическую, но часто спиралевидную, эллиптическую, сплюснутую или вообще неправильную форму. Галактик — миллиарды, и в каждой из них насчитываются миллиарды звезд.
Наша галактика называется Млечный Путь и состоит из 150 млрд. звезд. Она состоит из ядра и нескольких спиральных ветвей. Ее размеры —100 тыс. световых лет. Большая часть звезд нашей галак¬тики сосредоточена в гигантском «диске» толщиной около 1500 све¬товых лет. На расстоянии около 30 тыс. световых лет от центра галак¬тики расположено Солнце.
Ближайшая к нашей галактика (до которой световой луч бе¬жит 2 млн. лет) — «туманность Андромеды». Она названа так потому, что именно в созвездии Андромеды в 1917 году был открыт первый внегалактический объект. Его принадлежность к другой галактике была доказана в 1923 году Э. Хабблом, нашедшим путем спектраль¬ного анализа в этом объекте звезды. Позже были обнаружены звез¬ды и в других туманностях.
А в 1963 году были открыты квазары (квазизвездные радиоис¬точники) — самые мощные источники радиоизлучения во Вселенной со светимостью в сотни раз большей светимости галактик и размера¬ми в десятки раз меньшими их. Было предположено, что квазары представляют собой ядра новых галактик и стало быть процесс обра¬зования галактик продолжается и поныне.
Астрономия и космонавтика
Звезды изучает астрономия (от греч. «астрон» — звезда и «номос» — закон) — наука о строении и развитии космических тел и их систем. Эта классическая наука переживает в XX веке свою вторую моло¬дость в связи с бурным развитием техники наблюдений — основного своего метода исследований: телескопов-рефлекторов, приемников излучения (антенн) и т. п. В СССР в 1974 году вступил в действие в Ставропольском крае рефлектор с диаметром зеркала 6 м., собираю¬щий света в миллионы раз больше, чем человеческий глаз.
В астрономии исследуются радиоволны, свет, инфракрасное, ультрафиолетовое, рентгеновское излучения и гамма-лучи. Астро¬номия делится на небесную механику, радиоастрономию, астрофи¬зику и другие дисциплины.
Особое значение приобретает в настоящее время астрофизика — часть астрономии, изучающая физические и химические явле¬ния, происходящие в небесных телах, их системах и в космическом пространстве. В отличие от физики, в основе которой лежит экспе¬римент, астрофизика основывается главным образом на наблюдени¬ях. Но во многих случаях условия, в которых находится вещество в небесных телах и системах отличается от доступных современным лабораториям (сверхвысокие и сверхнизкие плотности, высокая температура и т. д.). Благодаря этому астрофизические исследова¬ния приводят к открытию новых физических закономерностей.
Собственное значение астрофизики определяется тем, что в настоящее время основное внимание в релятивистской космологии переносится на физику Вселенной — состояние вещества и физиче¬ские процессы, идущие на разных стадиях расширения Вселенной, включая наиболее ранние стадии.
Один из основных методов астрофизики — спектральный ана¬лиз. Если пропустить луч белого солнечного света через узкую щель, а затем сквозь стеклянную трехгранную призму, то он распадается на составляющие цвета, и на экране появится радужная цветовая полоска с постепенным переходом от красного к фиолетовому — не¬прерывный спектр. Красный конец спектра образован лучами, наи¬менее отклоняющимися при прохождении через призму, фиолето¬вый — наиболее отклоняемыми. Каждому химическому элементу соответствуют вполне определенные спектральные линии, что и позволяет использовать данный метод для изучения веществ.
К сожалению, коротковолновые излучения — ультрафиоле¬товые, рентгеновские и гамма-лучи — не проходят сквозь атмосфе¬ру Земли, и здесь на помощь астрономам приходит наука, которая до недавнего времени рассматривалась как прежде всего техническая — космонавтика (от греч. «наутике» — искусство кораблевождения), обеспечивающая освоение космоса для нужд человечества с исполь¬зованием летательных аппаратов.
Космонавтика изучает проблемы: теории космических поле¬тов — расчеты траекторий и т. д.; научно-технические — конструи¬рование космических ракет, двигателей, бортовых систем управле¬ния, пусковых сооружений, автоматических станций и пилотируе¬мых кораблей, научных приборов, наземных систем управления полетами, служб траекторных измерений, телеметрии, организация и снабжение орбитальных станций и др.; медико-биологические — создание бортовых систем жизнеобеспечения, компенсация небла¬гоприятных явлений в человеческом организме, связанных с пере¬грузкой, невесомостью, радиацией и др.
История космонавтики начинается с теоретических расчетов выхода человека в неземное пространство, которые дал К. Э. Циол¬ковский в труде «Исследование мировых пространств реактивными приборами» (1903 г.). Работы в области ракетной техники начаты в СССР в 1921 году. Первые запуски ракет на жидком топливе осуще¬ствлены в США в 1926 году.
Основными вехами в истории космонавтики стали запуск первого искусственного