Чем мир держится?

Изложенное выглядит интересно, неожиданно, парадоксально. Однако кого удивишь парадоксами в современной физике? Парадокс — то, что противоречит общепринятому взгляду на вещи. Ну, а когда, строго говоря, «общепринятый» взгляд по каждому поводу принят далеко не всеми?.. Сказал же Р. Фейнман, что каждый физик знает шесть-семь теорий, объясняющих одни и те же известные факты.

С одной стороны, гравитационный коллапс представляется нормальным явлением в жизни каждой достаточно массивной звезды. Теоретические расчеты убедили большинство физиков в том, что переход пережившей коллапс звезды в черную дыру в ряде случаев неизбежен. Надо, однако, отметить, что ряд исследователей (у нас в стране — доктор физико-математических наук М. Е. Герценштейн и некоторые другие ученые, за рубежам — Р. Джилмен, Е. Г. Геррисон, В. Израэл) доказывает, что гравитационный коллапс на его последней стадии обратим, звезда, сжавшись до размеров сферы Шварцшильда, не застывает в этом положении, а снова расширяется, чтобы опять сжаться. Гравитационный коллапс, по Герценштейну и Джилмену, оборачивается не безвозвратной «смертью» звезды с обращением ее в гравитационный гроб, а пульсирующими ее биениями, На месте черной дыры в этой гипотезе возникает пульсар. С другой стороны, есть много оснований ожидать, что где-то впереди наша Метагалактика в целом должна пережить гравитационный коллапс, Положим, что в Метагалактике срабатывают те же задержки (противодействие гравитации некоторых других сил) коллапса, что и в галактике. Однако и тут и там это именно задержки — процесс не остановится, а только станет (становится) медленнее. А в масштабах Вселенной миллиарды и даже десятки миллиардов лет отнюдь не выглядят бесконечностью.

А вот еще одна система аргументов в пользу неизбежности перехода Метагалактики от расширения к сжатию. Рассказ о ней стоит начать с литературного примера, точнее — антипримера.

У советского геолога Обручева есть научно-фантастический роман «Плутония». Его герои сквозь отверстие вблизи полюса проникают внутрь нашей планеты, где, оказывается, находится обширное пустое пространство, освещаемое, собственным «внутриземным солнцем».

Рассмотрим эту ситуацию с гравитационной точки зрения.

Существуй на самом деле такая внутриземная полость, имейся на самом деле путь в нее — вблизи ли полюса или у экватора, — путешествие туда все равно было бы невозможно, как и жизнь в этой полости. Дело в том, что по одному из следствий закона всемирного тяготения Ньютона в пустой полости внутри сферической массивной оболочки гравитационная сила отсутствует, Попав в огромную полость внутри Земли, путешественники всплыли бы в воздух, как космонавты в спутнике, вышедшем на орбиту. Только в спутнике невесомость связана с тем, что он представляет собой свободно падающее тело, а в Плутонии притяжение со стороны ближайшей части земной оболочки уравновешивается притяжением остальных ее частей, в которых ведь вещества намного больше. Впрочем, дело обстояло бы даже хуже. В такой ситуации для путешественников сыграло бы роковую роль тяготение самого Плутона — светила подземной страны. В условиях равновесия сил притяжения со стороны Земли (Земли как «оболочки») Плутон должен был притянуть к себе отважных исследователей.

Поскольку аналогичных Плутонии полостей нет не только в нашей планете, но, насколько мы можем судить, ни в одной из планет Солнечной системы, ни даже ни в одном из массивных тел большою космоса, на данный вывод из теории тяготения Ньютона можно, казалось бы, не обращать внимания. Ан нет! Эффект, который Обручеву пришлось «забыть», играет огромную роль во Вселенной, и знание его открыло ученым глаза на многое в строении нашего мира. Потому что это правило (действующее во всю свою силу и в общей теории относительности) справедливо не только внутри сферической оболочки, но всюду, где силы тяготения, действующие, так сказать, с разных сторон, взаимно компенсируются и тем самым исчезают для соответствующим образом расположенного тела.

Известный уже нам американский физик Р. Дике пишет: «Во Вселенной нет таких огромных сферических полостей, но мы можем их себе представить, мысленно „вычерпав“ все галактики из большого (но не слишком большого) сферического объема, а затем вернув в получившуюся при этом полость…»

Каков, однако, мысленный эксперимент! Не говоря уже о том, что ученый свободно оперирует целыми галактиками — великолепна сама оговорка, что объем (вмещающий группы галактик!) не должен быть «слишком большим».

Эта мысленная операция показывает, что можно «затем» рассматривать гравитационное взаимодействие «возвращенных на место» галактик только как притяжение их друг к другу, считая, что все остальное вещество Вселенной на них не действует.

Тогда каждая галактика, расположенная в этой сфере, притягивается к центру сферы, как если бы именно в ней было сосредоточено все вещество этой области (примерно так же, как герои «Плутонии» притягивались бы к внутреннему Плутону).

Как известно, Метагалактика расширяется, галактики разбегаются, причем расширяется Метагалактика равномерно. Так же равномерно будет расширяться и эта часть Вселенной, наша «сфера с галактиками», причем гравитация сдерживает их разлет, все уменьшая его скорость. Раньше или позже (сроки здесь должны в конечном счете определяться средней плотностью материн в сфере) скорость разлета будет полностью погашена, движение галактик от центра сферы прекратится. Начнется их обратное движение — к центру…

Мысленно выделенная сфера служит здесь моделью Метагалактики. При определенном, сравнительно малом значении средней плотности материи в Метагалактике расширение ее должно оказываться бесконечным; однако большинство физиков, работающих в данной области, полагают, что реальная плотность материи в нашем мире больше этой величины и на смену расширению неизбежно придет сжатие — гравитационный коллапс нашей системы мира.

Сама же черная дыра нередко рассматривается как модель Метагалактики в момент, предшествовавший тому «первовзрыву», что состоялся, по мнению современных космологов, десять — двадцать или еще больше миллиардов лет назад. Мы, правда, мало знаем пока о черных дырах, вплоть до того, что не уверены до конца в их реальности. И совсем уж мало известно нам о состоянии Метагалактики до того, как она начала расширяться.

Но не случайно же в лабораториях взрывников моделями динамитных и иных зарядов стали раздувающиеся резиновые шарики! Внешняя, и не только внешняя, разница между моделью и тем, что моделируется, бывает очень велика. Порою так велика, что поневоле вспоминается древняя китайская притча о поисках лучшего коня в мире. Императорский эксперт по лошадям был уже слишком стар и рекомендовал поручить эти поиски своему младшему товарищу. Тот, объездив страну, сообщил, где именно находится лучшая лошадь империи. Его спросили, как она выглядит. Ответ был: это гнедая кобыла. За лошадью поехали и обнаружили в указанном месте вороного жеребца. Император предъявил претензии старику-эксперту. А тот пришел в восхищение — его протеже, оказывается, умеет не обращать внимание на случайное и поверхностное, а видит суть. И действительно, вороной жеребец был лучшим конем в поднебесной…