4.5. Пространство

Что касается пространства, в котором мы живём, то разработан целый ряд моделей Вселенной. Все они построены на основе космологического уравнения Эйнштейна, которое описывает взаимодействие составляющих материи и геометрию пространства. В него входят такие параметры, как средняя плотность вещества Вселенной, гравитационная постоянная, космологический коэффициент. От их значений существенно зависят структура мира и её изменение во времени. Некоторые из этих параметров (например, гравитационная постоянная) известны с достаточной точностью; другие (например, средняя плотность вещества Вселенной) определены пока лишь приближённо.

В 1922 году наш соотечественник А.А. Фридман показал, что мир должен либо расширяться, либо сжиматься, причём решающее значение для его поведения имеет средняя плотность вещества. Если она больше так называемой критической плотности, то мир сферичен, имеет положительную кривизну, а его геометрия не является евклидовой. Такой мир должен был быть когда-то сверхплотным и занимать очень малый объём. Затем он расширился и достиг некоторого объёма, после чего началось его убыстряющееся сжатие, сменившееся расширением. Такой мир называется пульсирующим: у него нет границ, его объём ограничен. Другими словами, он является закрытым.

Если же средняя плотность вещества Вселенной меньше критической, то от некоторого сверхплотного состояния с малым объёмом мир должен был неограниченно расшириться. Другими словами, он является открытым.

Доказательства в пользу модели расширяющейся Вселенной были полу-чены в 1926 году, когда американский астроном Эдвард Хаббл открыл при исследовании спектров далёких галактик (существование которых было до-казано в 1923 году тем же Хабблом) красное смещение спектральных линий (смещение линий к красному концу спектра), что было истолковано как след-ствие эффекта Доплера (изменение частоты колебаний или длины волн из-за движения источника излучения и наблюдателя по отношению друг к другу) - удаление этих галактик друг от друга со скоростью, которая возрастает с расстоянием.

По последним измерениям, это увеличение скорости расширения составляет примерно 55 км/с на каждый миллион парсек^*). После этого открытия вывод Фридмана о нестационарности Вселенной получил подтверждение и в космологии утвердилась модель расширяющейся Вселенной.

Для наглядности можно добавить, что световой год— расстояние, в 60 тысяч раз превышающее расстояние от Земли до Солнца. Поскольку свет

^*) парсек или 1 световой год — это расстояние, которое про-ходит свет за год при скорости 300 ты­сяч км/с, то есть это 9,4065-10¹² км (9,4 триллиона лет).

проходит от Солнца до Земли за 8 минут, то это значит, что когда нас будит утром первый солнечный луч, Солнце уже 8 ми­нут, как взошло.

Наблюдаемое нами разбегание галактик есть следствие расширения всего пространства замкнутой конечной Вселенной. При таком расширении про-странства все расстояния во Вселенной увеличиваются подобно тому, как растут расстояния между пылинками на поверхности раздувающегося мыль-ного пузыря. Каждую из таких пылинок, как и каждую из галактик, можно с полным правом считать центром расширения.

Дальнейшее развитие модель расширяющейся Вселенной получила в послевоенные годы и особенно в последние десятилетия благодаря исследо-ваниям известных отечественных космологов Зельдовича и Новикова.

Какое же будущее ждёт нашу Вселенную? Расчёты Фридмана допускали три варианта развития событий.

1) Вселенная может существовать в течение бесконечно долгого времени в прошлом и будущем.

2) Вселенная может иметь начало и конец.

3) Вселенная может периодически меняться во времени.

По какому из них идёт эволюция Вселенной, зависит от отношения гравита-ционной энергии к кинетической энергии разлетающегося вещества. Если кинетическая энергия разлёта вещества преобладает над гравитационной энергией, препятствующей разлёту, то силы тяготения не остановят раз-бегания галактик и расширение Вселенной носит необратмый характер. Этот вариант динамичной модели Вселенной называют “открытой Вселенной”. Если же преобладает гравитационное взаимодействие, то темп расширения со временем замедлится до полной остановки, после чего начнётся сжатие

вещества вплоть до возврата Вселенной в исходное состояние сингулярности (точечный объём с бесконечно большой плотностью). Для наблюдателя сиг-

налом перехода от расширения к сжатию станет смена красного смещения линий химических элементов в спектрах удалённых галактик на фиолетовое смещение. Такой вариант модели назван “закрытой Вселенной”. В случае, когда силы гравитации точно равны кинетическим силам, расширение не прекратится, но его скорость со временем будет стремиться к нулю. Через несколько миллиардов лет после начала расширения Вселенной наступит

состояние, которое можно назвать квазистационарным. Теоретически возможна и пульсация Вселенной.

Возникает естественный вопрос: какой из трёх вариантов реализуется в нашей Вселенной? Ответ на него остаётся за наблюдательной астрономией, которая должна оценить современную среднюю плотность вещества во Вселенной и уточнить значение постоянной Хаббла (скорость расширения галактик). Постоянная Хаббла позволяет оценить время, в течение которого продолжается процесс расширения Вселенной. Получается, что она не мень-ше 10 миллиардов и не больше 19 миллиардов лет. Наиболее вероятным временем существования расширяющейся Вселенной считают 15 миллиар-дов лет.