Именно этому и посвящена данная книга. В ней мы постарались простым и доступным языком рассказать о положении дел в области космогонии, о некогда популярных и современных теориях происхождения Вселенной, Солнечной системы и Земли. Попытались дать им объективную оценку исходя из самых последних научных открытий. Книга содержит большое количество цитат известных и авторитетных учёных в области астрофизики и космологии, их комментарии и суждения по тем или иным вопросам мироустройства, а также множество справочной информации.
1. ЭВОЛЮЦИОННЫЕ ТЕОРИИ ПРОИСХОЖДЕНИЯ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ И ЗЕМЛИ
Рассматривая и изучая видимые объекты космоса Солнце, звёзды, другие планеты и небесные тела, постигая законы, которым они подчиняются, люди как правило приходили к осознанию необходимости творческого начала в их происхождении и становлении. Безмерность космического пространства, строгие закономерности движения планет, гармония и порядок во Вселенной создавали впечатление произведения некоего Разума. Поэтому практически во всех космогонических мифах древних народов непременно присутствовал Демиург2, или Творец, действия и воля которого являются причиной и движущей силой всего мироздания.
1.1 Первая эволюционная модель происхождения Солнечной системы модель Ж. Бюффона (1749 г.)
Первая научная гипотеза, пытающаяся представить происхождение объектов космоса без участия творческого начала, появилась в XVIII в. Принадлежала она французскому учёному Жоржу Бюффону (17071788). В 1749 г. Бюффон издал книгу «Теория Земли», в которой описал процесс происхождения планет Солнечной системы. Согласно Бюффону, наша Земля и другие планеты обязаны своим происхождением комете, которая, столкнувшись с Солнцем, выбросила из него часть вещества в виде гигантских капель. Капли начали вращаться на разных расстояниях от светила и после остывания превратились в планеты. В процессе вращения будущих планет от них отрывались небольшие жидкие массы, из которых впоследствии сформировались спутники. Таким образом, по Бюффону, планетная система нашего Солнца возникла в результате случайной катастрофы гигантского масштаба, а материалом для её построения было солнечное вещество. Такая модель получила название катастрофической.
1.2 Модель И. Канта (1755 г.)
Следующая попытка разгадать тайну происхождения космических тел была предпринята немецким философом, профессором Иммануилом Кантом (17241804). Кант считал, что Солнечная система возникла из некой первичной разреженной холодной материи, свободно рассеянной во Вселенной. Частицы этой материи перемещались в различных направлениях и, сталкиваясь друг с другом, теряли скорость. Наиболее тяжёлые и плотные из них под действием силы притяжения соединялись друг с другом, образуя шаровидные сгустки, из которых формировались будущие звёзды. Одной из них является наше Солнце. Шаровидные сгустки, в свою очередь, притягивали более удалённые, мелкие и лёгкие частицы. Таким образом возникло некоторое количество вращающихся тел. Часть этих тел, первоначально двигавшихся в противоположных направлениях, в конечном счёте была втянута в единый поток и образовала кольца материи, расположенные приблизительно в одной плоскости и вращающиеся вокруг звёздного сгустка в одном направлении, не мешая друг другу. В отдельных кольцах образовывались более плотные ядра, к которым постепенно притягивались более лёгкие частицы, формируя шаровидные скопления материи. Так были образованы все планеты Солнечной системы.
1.3 Модель П. Лапласа (1796 г.)
В 1796 г. французский математик и физик Пьер Лаплас (17491827) представил свою модель эволюции Вселенной. Если гипотеза Канта затрагивала вопрос происхождения всех космических объектов, то Лаплас ограничился только Солнечной системой. Он полагал, что Солнце существовало первоначально в виде огромной раскалённой газообразной туманности с незначительной плотностью. Эта туманность первоначально медленно вращалась в пространстве. Под влиянием сил гравитации она постепенно сжималась, причём скорость её вращения увеличивалась. Под действием больших центробежных сил, возникающих при быстром вращении в экваториальном поясе, от газовых сгустков последовательно отделялись кольца, которые в результате охлаждения превратились в планеты. Спутники сформировались из вещества вторичных колец, оторвавшихся от раскалённой газообразной массы планет. Реликты такого кольца, вернее, системы колец, полагал Лаплас, и сегодня существуют у Сатурна, менее заметны они у Юпитера и Урана. Вследствие продолжавшегося уплотнения материи температура новообразованных тел была исключительно высокой. В то время и наша Земля представляла собой раскалённый газообразный шар, светившийся подобно звезде. Постепенно, однако, этот шар остывал, его материя переходила из газообразного в жидкое и, в конце концов, в твёрдое состояние.
1.4 Современные небулярные гипотезы
Как мы видим, и Кант, и Лаплас3 в своей космогонии исходили из одной идеи: Солнечная система возникла в результате закономерного развития туманности. Это дало основание для объединения обеих гипотез в одну, получившую название небулярной гипотезы КантаЛапласа (небулярная от лат. nebula облако, туман).
В 1944 г. российский учёный, академик Отто Шмидт (18911956) предложил иной вариант небулярной гипотезы. Так же как и Бюффон, он начал с уже готового Солнца, которое, по его мнению, когда-то проходило мимо холодного газо-пылевого облака. Частицы пыли и газы начали вращаться вокруг Солнца, образовав сгущения (планетезимали), которые по мере роста превращались в планеты. Первоначально планеты были холодными, их разогрев и даже частичное плавление произошли потом, за счёт распада радиоактивных элементов.
На сегодняшний день эволюционная космология отдаёт явное предпочтение небулярным гипотезам происхождения Солнечной системы (в частности, гипотезе Шмидта). В школьных и университетских учебниках именно ей уделяется наибольшее внимание (Ковдерко, 2004).
(Современные альтерантивные гипотезы происхождения Солнечной системы, Земли и других планет изложены в гл. 4.)
2. ЭВОЛЮЦИОННЫЕ ТЕОРИИ ПРОИСХОЖДЕНИЯ ВСЕЛЕННОЙ
Если происхождение космических тел во Вселенной стало объектом научных изысканий уже в XVIII в., то вопрос происхождения самой Вселенной оставался без внимания вплоть до ХХ в. Начиная со времён Аристотеля считалось, что Вселенная является статичной, однородной и бесконечной в пространстве и времени. Она существовала и будет существовать всегда. Некоторые философы полагали, что Вселенная существует независимо от Бога, Он её не творил, а лишь установил в ней порядок. В статичную и бесконечную Вселенную верили Декарт, Кант, Галилей, Ньютон. Интересно, что Ньютон обосновывал свою точку зрения, ссылаясь на им же открытый закон гравитации. Закон гравитации говорит, что все тела притягиваются друг к другу, следовательно, невозможно, чтобы звёзды во Вселенной оставались на месте: они должны стягиваться (коллапсировать) в одну точку. Но Ньютон рассуждал так: если бы Вселенная коллапсировала под действием собственной гравитации, каждая звезда «падала» бы в направлении центра скопления звёзд. Если же исходить из того, что Вселенная бесконечна и звёзды распределены в среднем равномерно по бесконечному пространству, то общего центра, по направлению к которому могли бы падать все звёзды, не должно быть вообще, ведь в бесконечной Вселенной все области идентичны. Любая звезда испытывала бы воздействие гравитационного притяжения всех своих соседей, но вследствие усреднения этих воздействий по различным направлениям не возникло бы никакой результирующей силы, стремящейся переместить данную звезду в определённое положение относительно всей совокупности звёзд. Такие рассуждения казались вполне логичными, и теория статичной Вселенной долгое время пользовалась заслуженным признанием (Девис, 1989; Хокинг, 2006а)4.
В 1916 г. немецкий физик Альберт Эйнштейн (18791955), разрабатывая теорию относительности, увидел, что модель статичной Вселенной Ньютона не соответствует законам физического мира. Уравнение общей теории относительности указывало на то, что Вселенная не может быть статичной: гравитационные силы непременно должны были бы приводить её в движение. Эйнштейн, однако, не решился опровергнуть устоявшееся мнение (о неподвижности Вселенной), поскольку не был до конца уверен в безошибочности своих выводов. Для того чтобы сохранить в своей формуле статичность Вселенной, он ввёл дополнительный член (так называемый λ-член), который и «обеспечил» Вселенной стабильность. Эйнштейн считал, что наряду с гравитационным притяжением в природе существует и отталкивание, которое компенсирует притяжение. С помощью несложных расчётов Эйнштейн оценил величину силы космического отталкивания, необходимую, чтобы уравновесить гравитацию во Вселенной, и показал, что отталкивание должно быть столь малым в пределах Солнечной системы (и даже в масштабах Галактики), что его невозможно обнаружить экспериментально. Наличие силы отталкивания делало возможным существование статичной Вселенной, которая не обязательно должна быть бесконечной, как у Ньютона, а могла быть конечной и замкнутой, каковой она и стала у Эйнштейна.