Официальный сайт
музея В.А. Амбарцумяна в Бюракане

Академик Амбарцумян
Виктор Амазаспович

Жизнь и творчество (1908-1996)

Идеи Амбарцумяна очень плодотворны... «Принципы инвариантности » Амбарцумяна, развитые дальше, приводят к теории инвариантного вложения. Это очень мощный метод в математической физике и анализе.
Р. Беллман

Х. Альвен Как следует подойти к космологии?

Постоянный адрес

Королевский институт технологии, Стокгольм, Швеция
Вопросы физики и эволюции космоса. АН Арм ССР, Ереван, 1978.

Введение

Было время, когда сверхновые представляли собой самые большие из известных космических взрывов. Главным образом благодаря рабо­там Амбарцумяна нам стало известно, что «вспышки» сверхновых ока­зываются намного меньшими по сравнению со взрывами в ядрах галак­тик. С открытием QSO (квазизвездных объектов) были обнаружены еще более гигантские процессы освобождения энергии. Представляет ли это верхний предел? Очевидно, нет. Расширение Хаббла показывает, что од­нажды имел место самый большой возможный взрыв (или серия взры­вов): взрыв самой Метагалактики.

Для понимания причины этих взрывов первой проблемой неминуе­мо является следующая: откуда исходит энергия? Существуют веские причины верить, что сверхновые представляют собой процессы освобож­дения ядерной энергии. Но этого, очевидно, недостаточно, чтобы объяс­нить взрывы Амбарцумяна и QSO. Единственным приемлемым источни­ком для этого, кажется, является процесс аннигиляции вещество — анти­вещество. Согласно Клейну (Альвеи и Клейн, 1962; Бонневие, 1964; Альвен, 1965; Клейн, 1966; Экспонг, Ямдагни и Бонневие, 1966; Теллер, 1966; Лорен и Содерхолм, 1966) расширение Хаббла было снабжено энергией посредством аннигиляции.

Большинство астрофизиков отказывается выводить это заключение, потому что введение антивещества означает довольно коренной пере­смотр многих теорий, которые были созданы до открытия позитрона и антипротона, то есть в то время, когда теоретическое понятие антивеще­ства еще было исключительно спекулятивным. Однако то, что было то время, не является обязательно таким сегодня.

Настоящая статья посвящена общему обсуждению космологиче­ской проблемы. Она состоит из двух частей. В первой части сопоставле­ны два разных подхода к космологии в течение веков: мифологический и научный. Показано, что теория Большого Взрыва очевидно принадле­жит к первой категории. Надо отметить, что Клейн достиг своей Космологии, сейчас часто называемой «симметричной» космологией, из кри­тики основных принципов подхода к теории Большого Взрыва. Он утверж­дал, что научный подход обязательно приводит к его представлениям — и это кажется правильным. В действительности, когда верующие в Большой Взрыв узурпировали термин «космология» для своей теории, подразумевая, что это и является истинной космологией, Клейн назвал свою теорию «антикосмологией».

Во второй части показано, что хотя симметрия вещество — антиве­щество находится в противоречии с некоторыми общепринятыми тео­риями, она не находится в противоречии с каким-либо наблюдательным фактом. Переход от Большого Взрыва к симметричному подходу пред­ставляет собой в астрофизике переход такого же типа, как переход в физике, когда была введена ядерная физика в начале этого века и магнито-гидродинамика в середине века. Открытие позитрона и антипро­тона показало, что в существенных отношениях физика зарядно-симметрична, и давно пора, чтобы эта концепция была принята также астро­физикой. Возможно, что необходимый переход будет мучительным, од­нако он будет обновляющим.

Космогония: миф или наука?

1. Ранняя космология. Космология началась тогда, когда человек начал спрашивать: что находится за горизонтом и что произошло до самого раннего события, которое я могу помнить? Способом узнать это являлся опрос тех людей, кто путешествовал очень далеко, и они сооб­щали то, что они видели, а также то, что им рассказывали люди, кото­рых они встречали вдали, о еще более отдаленных странах. Подобным образом, дед рассказывал внуку о своей молодости и о том, что его дед рассказывал ему и т. д. Но информация становилась возрастающе недо­стоверной с удалением стран и времен.

Возрастающая потребность знаний об очень отдаленных странах и очень ранних временах удовлетворялась людьми, которые притворя­лись, что могут дать правильную информацию о самых отдаленных стра­нах и о наиболее ранних временах. Когда их спрашивали, откуда они все это знают, они часто отвечали, что имеют непосредственный контакт с богами и приобретают откровения о строении Всей Вселенной и о том, как она была сотворена. А некоторым из этих пророков верили боль­шие группы людей, и мифы о сотворении и строении Вселенной были приняты как существенные части религий.

В ранних мифологиях весь мир обычно считался вечным. Это по су­ществу означало, что когда боги «создали» мир, они навели порядок в начальном хаосе. В странах Средиземноморья и Западной Азии предполагалось, что сотворение произошло несколько тысяч лет назад, в то время как в Индии шкала времени намного грандиознее. В некоторых странах время измерялось в Калпах или в днях Брагмы, а одна Калпа равна 4 или 5 миллиардам лет. А Брагма жил 100 лет, каждый состоящий из 365 таких дней.

2. Космология и наука. Очень давно стало очевидным, что для пони­мания космологии важно было изучать небесные явления. Рост науки и философии, особенно в Египте и Греции, несомненно повлиял на пред­ставления о строении Вселенной. Прежде всего, было решающим мышление Пифагора.

Открытие того, что музыка может быть понята с помощью простых математических соотношений, и развитие геометрии ознаменовали но­вую эру в философии и науке, а также сильно повлияли на мышление Платона и Аристотеля.

3. Система Птоломея. Система Птоломея была одним из результа­тов этого. В каком-то смысле, ее основным принципом является то, что в мире, сотворенном богами, должен быть величественный порядок в основной структуре — если даже очевидны прискорбные локальные беспорядки. Согласно пифагорейцам самой «совершенной» из всех гео­метрических фигур является окружность, а самым «совершенным» из всех твердых тел является шар.

Следовательно, Земля должна быть круглым диском или шаром, окруженным некоторым числом кристаллических сфер, на которых рас­положены планеты и звезды. Далее, самым совершенным движением бы­ло равномерное движение. Следовательно, кристаллические сферы долж­ны вращаться с равномерной скоростью.

4. Сотворение Ex nihilo (из ничего). Рост монотеистических рели­гий означал, что один из богов стал более важным, чем другие, он стал Богом. Он также стал важнее, чем материальный мир. Он один был вечным: весь мир был второстепенной структурой, сотворенной Им. В Библии сотворение продолжается одну неделю и имеет характер при­ведения в порядок предсуществующето хаоса. Но вскоре сотворение по­лучило значение произведения мира ex nihilo: Бог достаточно могу­щественен, чтобы сотворить весь мир) лишь произнося магические слова или по своей воле.

В философии Аристотеля материальный мир был «непроизведенным и неразрушаемым». Но в средневековые времена это представле­ние было изменено и было введено сотворение ex nihilo, по существу святым Фомой, который перемоделировал философию Ари­стотеля в соответствии с требованиями духовной доктрины (см. Зингер, 1959)

5. Сравнение с наблюдениями. В некотором отношении космология Птоломея казалась подтвержденной наблюдениями: самая дальняя от центра кристаллическая сфера, на которой были закреплены звезды, по-видимому, двигалась с постоянной скоростью. Это было как раз тем, что и следовало ожидать, потому что эта сфера была самой дальней от центра, самой близкой к Богу и, следовательно, самой божественной. К сожалению, теория не так хорошо согласовалась с наблюдательными результатами, когда она была применена к планетам, включая Солнце и Луну. Солнце и Луна иногда двигались больше к северу, иногда к югу, и такая планета, как Юпитер, иногда изменяла направление своего дви­жения на обратное по отношению к звездам.

Очевидно, что-то было неправильно. Но основные принципы — рав­номерное движение и совершенные геометрические фигуры — были свя­щенными и не могли быть оставлены, если даже они были в противоре­чии с наблюдениями. Взамен была выдвинута остроумная идея: плане­ты были непосредственно закреплены не на кристаллических сферах, а на небольшом круге — эпицикле, который двигался с равномерной ско­ростью с центром, закрепленным на кристаллической сфере. Некоторое время эта теория казалась многообещающей. Но более точные наблю­дения скоро наглядно показали, что это было неправильно. Были сде­ланы возрастающе сложные новые дополнения к системе, и можно очень хорошо понять то, что сказал известный астроном Король Кастилии Альфонс X: «Если бы я присутствовал во время сотворения, я мог бы дать мудрый совет». Но в то же время, как система становилась более слож­ной, она становилась также более священной.

6. Мифический подход против научного. Система Птоломея была вначале очень привлекательной теорией, но в течение столетий она раз­вивалась в священную и твердую структуру, неспособную объединить новые открытия. Причиной этому явилось то, что в основном подход был не научным, а мифологическим.

Основными ее компонентами были совершенные геометрические фи­гуры и равномерное движение. Идея построения систем мира на таких общих принципах представляла великий прогресс, потому что ранее обычно верили, что события в мире управлялись волей или прихотями богов. Система Птоломея не ставила обязательно вопрос о том, что не­бесная система создана Богом, но она утверждала, что она должна бы­ла вести себя в соответствии с определенными принципами философии и математики, которые было возможно анализировать и понимать.

Философия Пифагора имела логическую красоту, которая вполне могла быть названа «божественной». Чисто теоретическим мышлением теоретики требовали открыть те принципы, согласно которым действо­вал Бог при сотворении мира. И когда эти принципы были бы найдены, мир должен был быть построен согласно им. Наблюдения реальности в действительности не были необходимы. Система была основана на бо­жественном вдохновении. Если Галилей утверждал, что он видел не­бесные тела или солнечные пятна, которые не должны были существо­вать, то это его телескоп был ошибочным, а не система Птоломея.

7. Система Коперника. Под ударами более точных наблюдений система Птоломея была заменена системой Коперника. Истинное зна­чение этого превышает замену геоцентрической системы гелиоцентриче­ской системой — последняя могла быть развита таким образом, чтобы она была способной поглотить новый эмпирический материал, достав­ленный Тихо Браге и многими другими. В руках Галилея, Кеплера и Ньютона она превратилась в космологию, которая первоначально не была основана на каком-либо предвзятом философском или математи­ческом принципе. Вместо этого она была эмпирическим синтезом, крат­ким изложением всех, когда-либо проведенных астрономических наблю­дений. Это привело к открытию новых основных законов природы, ко­торые хорошо согласовывались с наблюдаемыми движениями небесных тел и действительно были проще и даже красивее, чем старые законы. Но важно отметить, что эти законы не являются священными. Когда стало очевидным, что механика Ньютона не применима к атомам, она была распространена на эту область посредством квантовой механики.

Разница между мифом и наукой является разницей между божественным вдохновением или «лишенной помощи причиной» (как пишет Бертран Рассел), с одной стороны, и теориями, развитыми в наблюда­тельном контакте с реальным миром, с другой стороны: Ньютон гово­рил: «Гипотезы non fingo».

8. Победоносная наука. Прошло более двух столетий, пока победа науки над мифом в области небесной механики распространилась в об­ласти биологии.

В нашем столетии научный подход распространился также на дру­гие области, которым раньше он был чужд, такие, как происхождение жизни и функционирование человеческого мозга.

9. Новые мифы. Однако это не означает полную и ясную победу здравого смысла и науки над мифом. Действительно, сегодня мы явля­емся свидетелями антинаучного отношения к космологии и возрождения мифа. Эта тенденция может иметь несколько причин, но в некотором отношении самая интересная, а также самая опасная угроза исходит из самой науки. И в истинно диалектическом смысле это лишь триумф нау­ки, освободившей силы, которые сейчас снова, кажется, строят мифы более мощные, чем наука.

Одним из самых красивых результатов науки была специальная теория относительности. Она существенным образом основана на экспе­рименте Майкельсона-Морли и теории электромагнетизма Максвелла, которая сжатым образом описывает все результаты изучения электрических, магнитных и оптических явлений. Уже выраженная в обычной трехмерной декартовой системе координат специальная теория относи­тельности является красивой теорией, но математическая красота ее обоснований определенно возрастает, когда она выражается в четырех­мерном пространстве.

Этому факту придавалось огромное значение. Утверждалось, что «Эйнштейн открыл, что пространство является четырехмерным», что является очевидной бессмыслицей. Но это утверждение имело огромное рекламное значение. После одного или двух десятилетий пропаганды четырехмерный мир стал чрезвычайно популярным, особенно, когда лю­ди узнавали, что четвертое измерение не время, а время умноженное на мнимую единицу.

Для большинства людей это невозможно было понять. Действитель­но, чтобы понять глубокий смысл этого представления, требуется зна­чительная математическая интуиция — и еще немного интуиции, чтобы понять, что это главным образом математический жаргон, часто очень часто обворожительный и вдохновляющий, но в действительности без глубо­кого значения для изменения наших представлений о физической реальности.

Многие люди вероятно почувствовали облегчение, когда узнали, что истинная природа физического мира могла быть понята лишь Эйнштейном и некоторыми другими гениями. Они усердно старались понять науку, но сейчас стало очевидным, что наука представляет собой что-то, чему нужно верить, а не стараться понять. Достаточно парадоксально, что Эйнштейн мог бы пользоваться уважением общественности не за то, что он великий мыслитель, а за то, что он избавил всех от обязанности задумываться.

Вскоре ходким товаром среди популярных научных книг стали те. которые представляли научные результаты, как оскорбление здравого смысла. Чем непонятнее, тем лучше! Вопреки Бертрану Расселу, наука стала возрастающим образом представляться как отрицание здравого смысла. Граница между наукой и псевдонаукой была стерта. Для большинства людей стало более и более трудным найти какую-либо разницу между наукой и научной фикцией.

10. Теория относительности. Но вернемся к теории относительности и ее непосредственному воздействию на ученых. Четырехмерное пред

ставление специальной теории относительности было довольно невин­ным. Эта теория была использована и используется в лабораториях каждый день и является существенной для вычисления поведения частиц высокой энергии и т. д. Но физики-экспериментаторы уверены в том, что их лаборатории являются трехмерными и твердо установленными в трехмерном мире и вся элегантность и полезность четырехмерной фор­мулировки не может их заставить верить, что их лаборатории действи­тельно являются четырехмерными.

С другой стороны, четырехмерная формулировка является более важной в общей теории относительности. Эта теория является также и более опасной, потому что она попала в руки математиков и космологов, которые имели очень мало контактов с эмпирической реальностью. К тому же они применили ее для областей, которые находятся очень далеко, а подсчет размеров на большом расстоянии не очень прост. Мно-гие из этих ученых никогда не бывали в лаборатории или не наблюдали через телескоп, а если даже они это делали, то считали ниже своего достоинства пачкать руки. Они свысока смотрели на физиков-экс­периментаторов и наблюдателей, чья единственная работа заключалась в том, чтобы подтвердить далекие от жизни заключения, достигнутые ими, а тех, которые не были в состоянии подтвердить их, считали не­компетентными. Астрономы-наблюдатели оказались под тяжелым гне­том теоретиков.

11. Общая теория относительности и Вселенная. Общая теория от­носительности открыла нам крайне очаровательную возможность. По­добно поверхности Земли, которая не имеет границ, но все же конечна, можно в четырехмерном пространстве иметь «гиперсферу» без каких-либо границ и все же с ограниченным объемом. Эта идея несомненно заслуживает исследования.

Уравнения Эйнштейна допускают тип решений, представляющих. Вселенную в состоянии расширения. Некоторые из этих решений имели «сингулярную точку», означающую, что когда-то Вселенная состояла только из одной-единственной точки. От этой сингулярной точки Все­ленная начала расширяться так, что позже все ее части отлетели друг от друга со скоростями, которые пропорциональны расстояниям между

ними. Математические решения таких типов казались применимыми к «расширяющейся Вселенной», описываемой знаменитым эмпирическим законом Хаббла. Теперь дорога была открыта для большой новой космо­логии.

Автором ее был аббат Леметр, который назвал Вселенную, когда она была в сингулярной точке, «l’ Atome Primitive». Великим пропаган­дистом ее был Гамов, и в его версии теория расширения Леметра в настоящее время приписывается к космологии «Большого Взрыва». Ни один из них не впадал в крайность, постулируя, что вся Вселенная ког­да-то была математической точкой. «Начальное состояние» предпола­галось как концентрация «всей массы во Вселенной» в одном очень не­большом шаре. Эта масса нагревается до температуры в несколько мил­лиардов градусов. Когда эта «атомная бомба» взрывается, ее части выбрасываются с относительными скоростями, которые иногда близки к скорости света.

Полагалось, что эта модель, которая очаровательна по крайней ме­ре с некоторых точек зрения, объясняет основную эволюцию и теперешнее строение Вселенной. Фактически, она претендовала на следующие предсказания:

1. Менее чем через полчаса после взрыва теперешние элементы бы­ли образованы с помощью ядерных реакций в очень горячем и плотном веществе.

2. В некоторое время было выработано тепловое излучение, кото­рое при дальнейшем расширении охладилось и должно быть наблюдено как излучение абсолютно черного тела с температурой 50°К. С пере­смотренными значениями расстояний галактик эта температура должна быть понижена до 20°К- (С помощью некоторого числа предположений ad hoc (к этому) она конечно может быть уменьшена еще больше).

3. В некоторой поздней стадии расширяющаяся материя конденси­ровалась для формирования галактик, которые сегодня наблюдаются.

4. Средняя плотность во Вселенной должна быть по крайней мере 10-29 г/см3. (Это значение должно быть исправлено при новом опре­деления галактических расстояний).

5. Пятое заключение, которое редко формулируется явно, состоит в утверждении, что состояние сингулярной точки обязательно требует божественного сотворения! Для аббата Леметра, который был не только большим ученым, но и выдающимся членом Католической иерархии, это было очень привле­кательно, потому что оправдывало сотворение ex nihilo, которое свя­той Фома ввел как кредо. Для многих других ученых это явилось боль­шим затруднением, потому что Бог очень редко упоминается в обычной научной литературе. Поэтому вопрос о том, как было произведено син­гулярное состояние, обычно не упоминается. Имело место множество попыток объяснить, как могло быть достигнуто сингулярное состояние из некоторого раннего состояния, подобного нынешнему состоянию во Вселенной, но ни одна из них не кажется удачной.

12. Большой Взрыв и наблюдения. Лишь разрабатывая последствия модели, возможно проверить, дает ли она удовлетворительное описание реального мира или нет. Поэтому было совершенно законным посвяще­ние многих работ оценке модели Большого Взрыва. После около полуве­ковой работы, кажется, назрело время для того, чтобы сделать заключе­ния об обоснованности модели. Они являются обескураживающими (Бербидж, 1971). Модель явно не может объяснить_ряд явлений, кото­рые требовалось объяснить, и наблюдения, кажется, не согласуются с теоретическими предсказаниями.

1. Кажется невозможным объяснить образование элементов с по­мощью процесса Большого Взрыва. Возможно, может быть объяснена наблюдаемая распространенность гелия, но для остальных 90 сложных элементов наблюдаемая распространенность отличается на несколько порядков величины. Следовательно, измеренная космическая распространенность элементов не дает ожидаемой поддержки теории Большого Взрыва (но также не опровергает ее).

2. Изотропное микроволновое излучение, которое пропагандисты Большого Взрыва окрестили «3°К излучением абсолютно черного тела» уже выявлено. Сегодняшние наблюдательные данные не находятся в противоречии с представлением о том, что микроволновое излучение является излучением абсолютно черного тела с температурой 3°К, но его высокочастотный конец еще не совсем хорошо изучен, чтобы подтвер­дить это представление. Космологи, сторонники теории Большого Взры­ва утверждают, что это и есть изотропное излучение, которое они ожи­дали, вопреки тому факту, что ожидаемое ими излучение должно было, иметь температуру в 7 раз большую и, следовательно, плотность энер­гии в несколько тысяч раз более высокую. (Конечно, для объяснения этого расхождения легко ввести дополнительные эффекты).

В действительности, они утверждают, что существование этого очень «холодного» излучения доказывает, что температура Вселенной однажды была 10 миллиардов градусов (sic!) экстраполяция на более чем 9 по­рядков величины. Эта экстраполяция требует, среди многих других ве­щей, чтобы мы знали состояние Вселенной везде во всех эпохах после Большого Взрыва с такой определенностью, которая позволяет исклю­чить тот факт, что микроволновое излучение было образовано позже. На­до отметить, что существуют также изотропные рентгеновское и гамма-излучения, которые нуждаются в иных объяснениях, и что существует ряд небесных объектов (квазары и т. д.), которые освобождают огром­ные энергии, на понимании которых космологи Большого Взрыва не претендуют.

3. Вселенная, как мы ее видим, очевидно не является однородной, как требует Большой Взрыв, а состоит из множества галактик. Они должны были быть сформированы на какой-то эволюционной стадии Вселен­ной, но до сих пор из модели Большого Взрыва не была выведена ни одна приемлемая теория образования галактик.

4. Если даже можно утверждать, что галактики представляют собой «локальные» явления, которые не обязательно следует включить в крупномасштабную космологию, то труднее пренебречь су­ществованием больших, иногда очень больших, скоплений галактик. Са­мым затруднительным является то, что далекие квазары (z = Δλ/λ>1.5) расположены исключительно в двух областях, одна недалеко от север­ного галактического полюса, а другая в южном галактическом полуша­рии. Следовательно, крупномасштабная изотропия Вселенной, которая является краеугольным камнем в космологии Большого Взрыва, нахо­дится в противоречии с наблюдениями.

5. Средняя плотность во Вселенной, согласно наблюдениям, равна 1031, что более чем в сто раз меньше плотности, необходимой, чтобы Вселенная была замкнутой. Были предприняты интенсивные попытки найти недостающие 99% (были предложены «черные футболы» и «чер­ные дыры»), но не имеется никакого доказательства их существования. Скорее всего имеются противоположные указания. (Уточнение галактических расстоя­ний изменяет как теоретическое, так и наблюдательное значе­ние средней плотности, но не уменьшает расхождение).

Следовательно, наблюдательные результаты (для краткой сводки см. Готт и др., 1974) не дают никаких оснований верить тому, что мы живем в замкнутой Вселенной. Не обязательно это представление не­совместимо с Большим Взрывом, но оно дает нам большой выбор. Со­гласно одному из возможных объяснений микроволновое излучение де­лается изотропным из-за рассеяния зернами (Викрамасинг и др., 1975; Альвен и Медис, 1977), молекулярным поглощением далекой инфра­красной области или рассеянием Томсона или обратным тормозным излучением. Эти альтернативы сейчас исследуются.

6. Правильность закона Хаббла не может считаться поддержкой для теории, потому что среди бесконечного числа возможных математиче­ских решений было выбрано только одно, которое соответствовало за­кону Хаббла. Более того, последние результаты ставят под сомнение вопрос о том, до каких пределов закон Хаббла действительно справед­лив. Было сообщено о возрастающем числе явных отклонений от линей-

ности закона Хаббла. Это серьезное затруднение для модели Большого Взрыва.

Существуют области галактик с систематически различными крас­ными смещениями. Кроме того, существуют пары галактик с сильно отличающимися красными смещениями, которые, кажется, показывают, что существуют другие населения галактик, не подчиняющиеся закону Хаббла. Эмиссионные линии квазара дают красное смещение,_которое иногда резко отличается от красного смещения "линий поглощения, а попытка объяснить это с помощью поглощения в близких галактиках кажется неудачной.

Большинство космологов согласилось, что величина «постоянной» Хаббла равна 55±5 км/сек-1 Мпс-1, однако, кажется, возрастает чис­ло компетентных наблюдателей, утверждающих, что эта величина равна 110 ±10 км/сек-1 Мпс-1 (Линдон—Белл, 1977). Если интерпретиро­вать это буквально, то следует допустить существование двух Больших Взрывов, один 18-109, а другой 9-109 лет назад.

Резюмируя, можно сказать, что в то время как наша Метагалактика несомненно находится в состоянии расширения, наблюдательные данные не указывают на то, что расширение произошло от одного Большого Взрыва.

Вместо этого, по-видимому, имело место большое число Больших Взрывов, которые вместе привели к наблюдаемому расширению.

Следовательно, по наиболее достоверным сведениям космология Большого Взрыва не находится в согласии с наблюдаемой нами Вселен­ной. Она может быть приведена в видимое согласие только с помощью ряда ad hoc предположений. После всего сказанного она кажется го­раздо ближе к мифу, в определенных отношениях того же типа, что и система Птоломея, которая также нуждалась в возрастающем числе ad hoc предположениях — эпициклах.

Это миф, украшенный софистическими математическими фор­мулами, что делает его более престижным, но не обязательно заслужи­вающим большего внимания.

13. Птоломеевская космология и Большой Взрыв. Наши наблюда­тельные знания о Вселенной несравненно более глубоки и богаты в на­стоящее время, чем в древности. Однако человеческий ум, вероятно, се­годня работает по существу таким же образом, как работал несколько тысяч лет назад, и основной характер наших попыток расширить поле наших знаний также может быть подобен тому, каким он был в прош­лые периоды. Космология представляет собой первоначальную сферу изучения: человек пытается изучить области, где факты и предположе­ния обязательно смешиваются. С этой точки зрения интересно сравни­вать Птоломеевскую космологию и космологию Большого Взрыва. Та­кое сравнение может представлять также некоторый интерес как вклад в социологию науки.

Обе космологии—и Птоломеевская, и Большого Взрыва—исходили из несомненно правильных и крайне красивых философско-математических результатов.

Никто не мложет изучить Пифагорианскую науку, включающую ма­тематическую теорию музыки и теорию правильного многогранника, не будучи под глубоким ее впечатлением. То же самое можно сказать и о теории относительности.

В обоих случаях красивые построения, установленные математи­ческим мышлением, казалось, призывают к дальнейшему развитию и их космологическое применение было естественным. В обоих случаях шаги в этом направлении были довольно произвольными и оправдывались в большой мере «божественным вдохнове­нием». Система Птоломея вместе со сложной системой кристалличе­ских сфер, порождающей «гармонию сфер», не может быть следствием какого-либо предшествующего состояния мира. Она могла быть до­стигнута только богами, которые были умелыми работниками и худож­никами. Однако позже наблюдательные факты показали, что даже бо­жественное мастерство не достигло модели, которая была бы в согла­сии с действительностью.

Подобным образом, теория Большого Взрыва представляет собой только одно из бесконечного числа возможных решений. Если внести наблюдаемую среднюю плотность Вселенной, то в результате получим по существу «плоское» пространство. Это означает, что согласно наблю­дениям видимая нами «Вселенная» могла быть сотворена по существу с обычной трехмерной геометрией (конечно, используя здесь специаль­ную теорию относительности, как в лаборатории). Но принятие этого наблюдательного результата означает, что общая теория относительности теряет свое место как основа космологии.

Как небольшая поправка во многих случаях, она была бы еще ин­тереснее и была бы применима к «черным дырам» (в случае, если они существуют!). Но исчезло бы очаровательное представление о безграничной и, тем не менее, замкнутой Вселенной и вместе с ним большая часть бесспорной философско-математической красоты об­щей теории относительности. В какой-то мере это прискорбно.

С другой стороны, космологи большого Взрыва рассказывают нам,

что некогда вся Земля, Солнце и планеты и все сто миллардов звезд нашей Галактики и, более того, все сто миллиардов галактик, которые могут наблюдаться, вся эта огромная Вселенная были сжаты в один маленький мяч. Существуют разные мнения о размерах этого мяча, но некоторые даже утверждают, что он был меньше булавочной головки. Не­многие ясно утверждают, что этот взрыв супер-атомной бомбы был сотворен Богом, большинство же избегает ясного заявления. И все притворяются, что они знают, что произошло в течение первых нескольких се­кунд— или даже микросекунд — после сотворения.

Если космология Большого Взрыва красива в мыслях математиков, она неясна для большинства людей, если не представлена маскирован­ным образом. Ни один автор научной фантастики не посмел бы уверить сво­их читателей в рассказе, который находится в таком заметном проти­воречии со здравым смыслом. Но когда сотни или тысячи космологов одевают эту историю в софистические уравнения и вопреки истине утверждают, что эта бессмыслица поддерживается всем тем, что наблюдается гигантскими телескопами — кто посмеет сомневаться? Если это считается наукой, то существует противоречие между наукой и здра­вым смыслом. Космологическая доктрина сегодняшнего дня является антиинтеллектуальным фактором, возможно большого значения.

14. Космологический истэблишмент. Когда система Птоломея была по­ставлена под угрозу возрастающим числом наблюдений, которые были неблагоприятны для нее, она среагировала авторитарным образом. Она уже была могущественным основанием, которое стало священным и не допускало каких-либо возражений. Не допускалось даже упоминания о существовании еретических представлений. Коперник жаловался, что было почти невозможно найти какую-либо философскую книгу, которая содержала бы возражения системе Птолемея— в конце концов он на­шел ссылку на старую гелиоцентрическую систему Аристарха, и он не осме­лился опубликовать свою работу. Интересно отметить, что современный космолог реагирует, в некоторой степени, подобным же образом. Утверж­дается, что «современная космология» в настоящее время означает «релятивистская космология», а в учебниках с заглавием «Современная космология» часто трудно найти какое-либо беспристрастное изложе­ние возражений, включая тот факт, что, согласно наилучшим наблю­дениям, пространство является плоским и что общая теория относитель­ности по существу не относится к современной космологии. Подобным же образом, на международных конференциях по «Космологии» очень трудно найти даже 10 минут, чтобы задавать вопросы по космологии Большого Взрыва. Преобладающее отношение таково, что все возраже­ния против космологии Большого Взрыва «скрыты под ковром». Такова судьба и Творца, который необходим для производства бомбы Большо­го Взрыва. Способ, каким образом в последнее десятилетие велась дис­куссия о космологии, заставит многих людей верить, что любая крити­ка космологии Большого Взрыва неизбежно служит поддержкой космо­логии «стационарного состояния» или «непрерывного сотворения». Та­кая поддержка конечно не может быть установлена на основе современ­ного анализа. Как сейчас в общем признается, космология непрерывного сотворения решительно несовместима с наблюдениями. Однако многие возражения против космологии Большого Взрыва, которые представили сторонники теории стационарного состояния, правильны и несправедли­во пренебрегать ими, как обычно делают ученые, сторонники Большого Взрыва (см., например, Бербидж, 1971).

15. Наука против мифа. Так как гипотеза Большого Взрыва непри­емлема, возникает вопрос, какую другую гипотезу мы должны поставить на ее место. Ответ прост и прям: никакую!

Большой Взрыв является мифом, возможно замечательным мифом, достойным почетного места в колумбарии, который уже содержит Индийский миф о циклической Вселенной, Китайское космическое яйцо, Библейский миф о сотворении за шесть дней, Птоломеевский космологи­ческий миф и много других. Им всегда будут восхищаться за его красоту и он всегда будет иметь некоторое число верующих точно так, как тысячелетние старые мифы. Но мы ничего не добьемся, если попытаем­ся поставить другой миф на то место, которое сейчас занимает Большой Взрыв. Если даже разукрасим новый миф еще более красивыми мате­матическими формулами.

Научный подход к космологии непременно резко отличается от ми­фологического подхода. Прежде всего должно быть абсолютно ясно, что, если ученый делает предположение о состоянии Вселенной несколько миллиардов лет назад, то вероятность того, что это предположение яв­ляется реалистичным, незначительна. Если он берет это предположение как отправную точку для теории, маловероятно, что она будет научной теорией, но очень вероятно, что она будет мифом.

Причиной тому, что было сделано так много попыток угадать со­стояние Вселенной несколько миллиардов лет назад, вероятно является общее убеждение в том, что давным-давно состояние Вселенной было го­раздо более простым, гораздо более регулярным, чем сегодня, в самом деле таким простым, что могло быть представлено с помощью матема­тической модели, которая могла быть выведена благодаря изобрета­тельному мышлению из некоторых фундаментальных принципов. Кро­ме некоторой неясной и неубедительной ссылки на второй закон термо­динамики, кажется, не было дано никакой разумной научной мотиви­ровки для этого мнения. Это мнение, вероятно, происходит от старых мифов о сотворении. Бог основал совершенный порядок и «гармонию» и следует считать возможным найти принципы, которым он следовал, когда это сделал. Он был несомненно достаточно разумным, чтобы по­нять общую теорию относительности, и если он понял, то почему не дол­жен был сотворить Вселенную согласно ее замечательным принципам?

Принимая как правдоподобное предположение, что состояние Все­ленной в прошлом было по существу таким же сложным, как оно есть сегодня, как следует подойти к космологии? Очевидно, таким же обра­зом, как, вероятно, сделал первый человек, до того, как какой-то про­рок изобрел миф. Мы должны попытаться выяснить настоящее состоя­ние наших ближайших окрестностей и от этого переходить к более даль­ним областям и к последовательно более ранним эпохам.

Попытка написать большую космическую драму обязательно при­водит к мифу. Попытка позволить знанию замещать незнание в возрастающе больших областях пространства и времени является наукой.

Но мы должны всегда помнить, что чем дальше отправляемся мы отсюда и от настоящего времени, непременно тем более гипотетиче­ским, тем более умозрительным будет наше описание Космоса. Конеч­но, мы должны попытаться уменьшить умозрительность насколько это возможно. Но полностью исключить ее невозможно — а возможно даже не желательно. Решающее значение имеет то, чтобы подход был эмпи­рическим, а не мифологическим. Различие между наукой и мифом яв­ляется различием между критическим мышлением и верой в пророков, различием между „De omnibus est dubitandum" и „Credo quia ab-surdum".

Является ли Вселенная зарядово-симметричной?

1. Симметрия между веществом и антивеществом. Когда открытие позитрона привело к признанию того факта, что в физике существует симметрия между частицами и античастицами, многие ученые начали спекулировать относительно возможности того, что Вселенная симмет­рична подобным же образом. Клейн разработал эти идеи в космологи­ческую теорию, которая нашла подтверждение, когда был открыт анти­протон. Эта космология, часто называемая «симметричной космологи­ей», пытается ответить на два основных вопроса:

1. Является ли «Вселенная» в настоящее время зарядово-симметричной по отношению к веществу и антивеществу и если так, то где же ан­тивещество?

2. Какая последовательность эволюционных событий привела к на­стоящему состоянию Вселенной?

Ответом Клейна на второй вопрос является то, что он постулирует такое «оригинальное состояние», когда «Вселенная» — или «Метагалактика» по его терминологии — была гигантским шаром крайне разжи­женной смеси частиц и античастиц. Согласно тому, что мы нашли в части I, такой подход должен быть назван мифологическим, хотя суть его идей может быть формулирована немифологически. Однако мы не будем обсуждать это здесь, а сосредоточим наше внимание на первом вопросе, относящемся к современному состоянию Вселенной.

Несмотря на то, что зарядово-симметричная Вселенная может при­влекать многих ученых, имеется естественно некое нежелание обсуж­дать теорию, которая обязательно должна привести к полному пересмот­ру многих теперешних теорий в космической физике. Фактически совре­менный теоретический каркас был унаследован от того времени, когда считалось общепринятым, что вся материя непременно должна быть обычного типа. Предположив, что Вселенная в принципе может быть симметричной, необходимо систематически просмотреть всю астрофизи­ку, чтобы понять какими являются последствия этой симметрии. Здесь мы будем исследовать вопрос о том, совместима ли симметрия между веществом и антивеществом с наблюдениями.

Небесные тела, состоящие из антивещества, излучают тот же са­мый спектр, что и тела из обычного вещества (koino-matter), так что не­возможно на расстояние определить, из какого типа вещества они со­стоят. Мы не можем определить каким-либо спектроскопическим мето­дом, например, из чего состоит α Кентавра—из обычного вещества или антивещества. Доказательство за или против существования антивеще­ства должно быть косвенным.

Если мы принимаем принцип симметрии, то мы прежде всего долж­ны делать выбор между следующими двумя альтернативами: общий принцип симметрии является совместимым с представлением о том, что наша Галактика состоит исключительно из вещества, а, например, ту­манность Андромеды, или вообще, каждая вторая галактика, состит из антивещества. Это представление, которое не будет встречать много возражений.

Симметрия, вне области космологии, в этом случае, в некотором узком смысле, не будет очень важным свойством. Однако в то же время эта альтернатива лишает нас возможности рассмотреть аннигиляцию как источник энергии взрывов Амбарцумяна, или QSO, вспышек гамма-излучения и других драматических освобождений больших количеств энергий.

Здесь мы примем предположение, что зарядовая симметрия между веществом и антивеществом имеет место даже внутри каждой отдель­ной галактики. Поэтому в этой части настоящей статьи мы полностью воздерживаемся от какой-либо ссылки на космологию и ограничиваем наше, обсуждение современным состоянием нашей Галактики. Нам представляется возможным, что в нашей Галактике должны существо­вать области из антивещества, которые равны областям из обычного вещества. Области, состоящие из разных типов вещества, должны быть отделены слоями Лейденфроста, которые могут быть очень узкими и ненаблюдаемыми на расстоянии.

Из космических исследований в магнитосфере и межпланетном про­странстве мы знаем, что существуют узкие слои, которые разделяют пространство на области с различной намагниченностью, и на основании этого заключается, что пространство в общем имеет ячеистую структу­ру. Этот результат может помочь преодолеть психологический барьер, препятствующий признанию симметричной теории. Возможность того, что каждая вторая звезда в нашей Галактике состоит из антивещества, обсуждается ниже, и показывается, что это представление не противо­речит каким-либо наблюдениям. Из того, что большинство звезд, по-види­мому, окружено планетными системами такого же строения, как наша собственная, заключается, что столкновения между кометами и анти­звездами (или антикометами и звездами) могут быть довольно часты­ми. Такие столкновения привели бы к явлениям такого же типа, как наблюдаемые космические вспышки гамма-излучения. Возможным до­казательством симметричной космологии является непрерывное рентге­новское фоновое излучение. Также многие из наблюдаемых мощных освобождений энергии в Космосе вероятно должны быть обусловлены аннигиляцией.

2. Крах однородных моделей в космической физике. Еще несколько десятков лет назад межпланетное, межзвездное и межгалактическое пространство в общем рассматривалось как почти пустые области, за­полненные чрезвычайно разреженным и почти однородным газом или плазмой со шкалой высот порядка расстояний между небесными тела­ми. Космические исследования показали, что эта картина принципиаль­но неверна. Магнитные измерения показали, что в магнитосфере (на расстоянии примерно 10 земных радиусов) магнитное поле может ме­нять свое направление на 180° на протяжении всего лишь одного или нескольких радиусов Лармора, что на много порядков меньше расстоя­ния от Земли. Аналогичные поверхности разрывов были найдены в хвосте магнитного поля и в солнечном ветре, в пространстве. Кроме того, исследования полярных сияний показали, что в магнитосфере (типично на расстоянии одного земного радиуса) име­ются тонкие электростатические слои разрыва непрерывности, с паде­нием напряжения в несколько сот или тысяч вольт на расстояниях по­рядка длины Дебая (что составляет 10-7 расстояния до Земли). Эти и другие аналогичные соображения заставляют нас отказаться от про­стых однородных моделей.

3. Ячеистая структура пространства. Новая картина (Альвен, 1968, 1975, 1978), возникшая в результате этих и других открытий, состоит в том, что магнитосфера и межпланетное пространство не заполнены совершенно однородной средой, а обладают ячеистой структурой, в которой существуют поверхности разрыва, разделяющие пространство на множество отсеков. Намагниченность, электрический потенциал, плот-ность и температура часто резко отличаются на двух сторонах такой по­верхности.

Хотя имелись некоторые ранние спекуляции о существовании таких разрывов, но обнаружить их и исследовать их свойства не было никакой возможности до тех пор, пока космические исследования сделали воз­можными измерения в месте их нахождения. Даже сейчас практически не имеется возможности обнаружить магнитный разрыв непрерывности на расстоянии, поскольку он не испускает какое-либо наблюдаемое из­лучение. С другой стороны, электростатические разрывы могут быть обнаружены на некотором расстоянии, поскольку они производят ани­зотропное распределение частиц.

Мы знаем, что ячеистая структура характерна для тех областей пространства, которые достижимы космическими кораблями, но так. как подобные структуры не могут быть обнаружены на расстоянии, мы не имеем никакой определенной информации относительно более удален­ных областей. Нет никаких причин полагать, что их существование ограничено только теми областями пространства, куда сегодня уже про­никли космические корабли, и так как мы начинаем понимать, каким образом они формируются, мы можем с большой уверенностью утвер­ждать, что межзвездное пространство и межгалактическое пространство должны, вообще говоря, обладать подобной ячеистой структурой.

4. Ячейки с веществом и антивеществом. Легко видеть, насколько важным является открытие ячеистой структуры пространства для об­суждения вопроса об антивеществе во Вселенной. Требование симмет­рии выполняется, если Метагалактика или даже наша собственная Га­лактика разделены на множество ячеек, половина из которых содержит обычное вещество, а половина — антивещество. Ячейки различного типа должны быть отделены друг от друга слоями Лейденфроста—тонкими слоями разрыва непрерывности, содержащими высокоэнергетические электроны и позитроны, возникающие при аннигиля­ции протонов (или других ядер) на поверхности раздела фаз. Теория таких слоев была в последнее время развита Ленертом (1977), который показал, что в космических условиях они должны иметь тол­щину, равную около 1010 см. или примерно одной стомиллионной доли светового года. Основная причина этого состоит в том, что при аннигиляции возникает своеобразный «сток» вещества и антивещества, что приводит к градиенту давлений в плазме, который уравновешивается силой от электрических токов в плазме и магнитного поля. Эта сила от­талкивает друг от друга две противоположные области плазмы, а интен­сивность аннигиляции существенно уменьшается вплоть до достижения некоторого квазистационарного равновесия. Так же, как и соответствую­щие слои в магнитосфере и межпланетном пространстве, такой слой очень трудно обнаружить без проникновения в него космического ко­рабля. Испускаемое им в процессе аннигиляции излучение на много по­рядков слабее, чтобы можно было его обнаружить современными измерительными устройствами. Таким образом, не исключено, что вещество и антивещество могут гармонически сосуществовать при некоторой системе разделения пространства на отсеки. Это не противоречит наблюдаемым условиям.

5. Строение Солнечной системы. С помощью вышесказанного попы­таемся нарисовать картину нашей симметричной Галактики. Легко ви­деть, что в нашей собственной Солнечной системе все тела должны со­стоять из обычного вещества (Солнце, планеты, спутники планет и по крайней мере большинство комет и метеорных тел). Мы не можем, ве­роятно, исключать возможность, что некоторые метеорные тела состоят из антивещества, но до сих пор попытки доказать это были безуспешными. Относительно комет, примерно 1010 или 1011 из которых, как предполагается, расположены в «кометном резервуаре», на расстоянии 1016—1017 см. от Солнца (Оорт, 1950, 1951; Эпик, 1970), нет пока никаких указаний на то, что хотя бы одна из них состоит из антивещества, одна-

ко мы не можем исключить, что несколько из них являются «антикометами». Солнечный ветер, который, разумеется, состоит из обычного вещества, проникает так же далеко, как и космические корабли, но достигает ли он кометного резервуара или какой -либо его части, - предмет размышлений. Даже если мы примем, что вся материя в сфере с радиусом 1017 см. вокруг Солнца состоит из обычного вещества, то следует отметить, что это составляет лишь несколько процентов расстояния до ближайших к нам звезд.

Следовательно, имеет­ся пространство для слоев Лейденфроста, отделяющих область, где доминирует Солнце, от областей, принадлежащих другим звездам. Мы не находимся в противоречии с наблюдательными фактами, если утвержда­ем, что одна или более из ближайших к нам звезд состоит из антиве­щества. Если мы утверждаем, что каждая вторая звезда в нашей Галак­тике состоит из антивещества, то не имеется никакого способа доказать или опровергнуть это утверждение. Каждая звезда в нашей Галактике должна быть окружена областью, содержащей вещество того же типа, что и сама. Топология разделяющих слоев Лейденфроста представляет собой интересную проблему, которая еще должна быть исследована.

Чтобы доказать, что в нашей Галактике не может быть антивеще­ства, было выдвинуто множество косвенных аргументов. Мы обсудим их в разделе 10.

6. Кометные резервуары. Если половина звезд в нашей Галактике состоит из антивещества, то мы должны исследовать вопрос: что происходит, если звезда и анти- звезда проходят близко друг от друга? Вероятность столкновения двух звезд чрезвычайно мала. Несколько боль­шей будет вероятность столкновения между звездой и планетой, состоя­щей из вещества противоположного типа, если обе звезды, подобно на­шему Солнцу, окружены планетными системами, включая кометные ре­зервуары. Но гораздо более вероятным представляется столкновение с участием комет из резервуара. Так как считается, что резервуар содер­жит до 1010—1011 комет, то существует значительная вероятность того, что комета столкнется со звездой противоположного типа.

Необходимо заметить, что в процессе сближения двух звезд слой Лейденфроста, разделяющий две области с плазмой противоположных типов, может двигаться таким образом, что значительное число комет окажется находящимся внутри разреженной плазмы противоположно­го типа. От этого эффекта не следует ожидать каких-либо примечатель­ных явлений.

Если две звезды проходят на таком расстоянии друг от друга, что ни одна из них не проникает в кометный резервуар другой, то гравита­ционное возмущение может оказаться еще достаточно сильным, чтобы выбросить некоторые кометы из резервуара в

межзвездное простран­ство. Оценка скорости разрушения кометного резервуара Оорта взаимодействием с близкими звездами была получена Нежинским (1976) , согласно которой нижний предел периода полураспадакометной системы за счет

кумулятивного разброса составляет величину порядка 109 лет или порядка возраста Солнечной системы. Следовательно, мы должны ожидать, что существует некоторое число блуждающих комет, таких, что звезда может столкнуться с кометой, возможно, из вещества противоположного типа, даже если она и не проникает в кометный ре­зервуар другой звезды.

7. Соударение между твердым телом и звездой. Мы нашли, что для обсуждения важным является тот случай, когда твердое тело кометных размеров (1 —10 км) падает на звезду, состоящую из вещества проти­воположного типа. Предположим, что звезда подобна Солнцу и окру­жена подобной же структурой. Когда комета находится вне сферы с ра­диусом около 5—8 солнечных радиусов, то нагрев тела за счет анниги­ляции гораздо меньше, чем нагрев за счет солнечного излучения. Вну­три этого предела аннигиляция становится доминирующим источником тепла, но еще довольно слабым даже в короне. Драматические явления должны наблюдаться не раньше достижения телом хромосферы и фо­тосферы.

Скорость тела, когда оно достигает поверхности звезды, подобной Солнцу, имеет величину порядка 108 см/сек. Поскольку шкала высоты в солнечной атмосфере порядка 107 см, то постоянная времени соударе­ния будет порядка 0.1 сек. Вероятно, что ударяющееся тело очень бы­стро делится на осколки. На поверхностях раздела фаз между каждым осколком и солнечной атмосферой в результате аннигиляции, по-види­мому, будут иметь место мощные взрывы. По всей вероятности, возник­нет некоторое число пузырьков, состоящих из чрезвычайно горячей на­магниченной плазмы релятивистских электронов и позитронов, произ­веденных аннигиляцией ядер. Эти пузырьки будут выбрасываться из звезды, и по мере того, как они будут покидать более плотную область, они будут испускать некоторый спектр рентгеновского и гам­ма-излучений. Необходимо заметить, однако, что первичное гамма-излучение от аннигиляции ядер будет в значительной степени погло­щено, а не испущено. Детали этого процесса соударения в настоящее время исследуются Томпсоном (1978).

8. Вспышки гамма-излучения. Наблюдения, выполненные с помо­щью искусственных спутников «Вела», привели к открытию наиболее примечательного явления, называемого вспышками гамма-излучения (Винцент, 1976; София и Ван Хори, 1974; Метцгер и др., 1974; Клабесадел и др., 1973). В течение времени, равного всего одной минуте или даже меньше, принимается вспышка рентгеновского и гамма-излучений в диапазоне энергий от 2 KeV до 5 MeV, которая показывает флуктуа­ции интенсивности длительностью до 0.01 сек. Имеются серьезные причины полагать, что эти вспышки приходят из расстояний, меньших чем 500 световых лет, то есть из нашей местной области в Га­лактике. Если принять эту оценку, то освобождаемая энергия в источ­нике должна быть порядка 1036—1037 эрг. Причем не имеется никакой определенной ассоциации с каким-либо пекулярным объектом (т. е. сверхновой, пульсаром или рентгеновской вспыхивающей звездой).

Из этих наблюдений можно сделать заключение, что из-за быстрых изменений протяженность источника излучения не может быть более 0.01 световой секунды или 3·108 см, что менее 1% радиуса обычной звезды (типа Солнца) и сравнимо или даже меньше, чем размеры обык­новенного солнечного пятна. Предполагая, что 1 — 10% от полной осво­бождаемой энергии испускается как рентгеновское и гамма-излучения, мы находим, что вся энергия должна быть порядка 1038 эрг. Это экви­валентно полной аннигиляции тела с массой 10l7 г, что соответствует твердому телу, протяженностью несколько километров (около размеров обычной кометы). Эта картина, полученная нами из наблюдений, вполне совместима с нашей картиной падения кометы на звезду, состоящую из вещества противоположного типа.

Это отождествление находит себе дальнейшее подтверждение в частоте событий (около одного события за каждые два месяца), кото­рая совместима с ожидаемой частотой столкновений между звездами и кометами в нашей окрестности. Разумеется, этот подсчет неопределенен до одного или двух порядков величины.

Спектр некоторых вспышек гамма-излучения был измерен. Теория столкновений кометы со звездой еще не настолько развита, что­бы возможно было сравнение с наблюдениями.

Полная длительность события составляет, в общем, полминуты. Это представляет собой полное время, требуемое для фрагментации и анни­гиляции кометы, когда она падает на звезду. Трудно сказать, на­сколько эта оценка является разумной.

9. Другие небесные объекты, выделяющие большие количества энер­гии. Если даже столкновения комет со звездами являются наиболее ча­стыми событиями, которые мы ожидаем наблюдать в нашей Галакти­ке, они не могут представлять более, чем лишь малую долю полной ос­вобождаемой энергии в симметричной галактике. Должно наблюдать­ся значительно больше вспышек с более низкой энергией, и новейшая аппаратура, имеющаяся на шарах-зондах, может подтвердить эту тео­рию. Однако полная масса кометного резервуара составляет, возмож­но, лишь несколько масс Земли и ничтожно мала по сравнению с пол­ной массой планет или самого Солнца. Следовательно, в галактиках могло бы происходить воистину огромное количество вспышек энергии, связанных со столкновениями планета—звезда и звезда—звезда. Дей­ствительно существует большое число небесных объектов, таких, как галактики типа N, Сейфертовские галактики, или квазизвездные объек­ты, которые показывают освобождение огромных энергий, часто быстро изменяющихся. Необходимо систематически исследовать вопрос о том, получают ли все они или некоторые из них свою энергию с помощью аннигиляции.

10. Возражения против существования антивещества. Любое серьез­ное обсуждение такого кардинального пересмотра космической физи­ки, которое неизбежно потребует принятия концепции антивещества, встречает сильное сопротивление со стороны сторонников старых, уко­ренившихся теорий. Был выдвинут целый ряд н более конкретных воз­ражений (Стейгман, 1976а). Большинство из них представляет собой ка­тегорические утверждения, либо неявным образом основанные на одно­родных моделях, либо основанные на непонимании, а часто связанные с теориями, в которые сами авторы глубоко верят.

Например, когда Клейн первым обсудил гипотезу о существовании антивещества, было утверждено, на основе измеренного верхнего пре­дела интенсивности космического гамма-излучения, что лишь крайне малая доля вещества в нашей Галактике могла бы состоять из антиве­щества. Этот вывод зависел от модели: авторы предполагали, что обыч­ное вещество и антивещество обязательно должны образовать некую однородную смесь. Так как однородные модели становятся, по-видимо­му, все более и более устаревшими и поскольку космическая плазма, по всей вероятности, отделена «слоями Лейденфроста», это возражение те­ряет силу. v

Другое возражение (Стейгман, 19766) состоит в том, что источни­ком энергии мощно излучающего объекта не может служить аннигиля­ция, так как наблюдается очень слабое или вообще не наблюдается жесткое гамма-излучение, связанное с аннигиляцией. Этот вывод опять-таки зависит от модели. Если аннигиляция возникает при паде­нии твердого (или газообразного) объекта на звезду, состоящую из ве­щества противоположного типа, то аннигиляция протекает на поверхности раздела фаз. Аннигиляция нуклонов может, вообще, происходить так глубоко в звездной атмосфере и частично экранироваться ударяющим телом, что первичное гамма-излучение аннигиляции

окажется поглощенным, вместо того, чтобы быть испущенным. С дру­гой стороны, электроны-позитроны, которые рождаются (в присутствии солнечных магнитных полей), могут сформировать горячие облака на­магниченной плазмы, которые извергаются из Солнца, прежде чем они излучают свою энергию в пространство.

Кроме того, как возражение против существования антивещества приводится факт отсутствия линии гамма-излучения с энергией 0.5 MeV (Стейгман, 19766). Это возражение снова зависит от модели. Линия с энергией 0.5 MeV испускается лишь тогда, когда электронно-позитронный газ охлаждается до нерелятивистских энергий, что в космических условиях может случиться редко.

Конечно, мы далеки от последовательной модели того, что проис­ходит при столкновениях между телами различного типа, но уже сей­час очевидно, что категорические возражения против аннигиляции как основного источника энергии основаны на некоторых туманных и не очень правдоподобных моделях (Карлквист и Лаурент, 1976а).

Ещё одно возражение, зависящее от выбранной модели, касается

отсутствия античастиц в космических лучах низких и средних энергий. Это возражение зависит от предположения о существовании магнитно­го поля в межпланетном пространстве, которое полностью нам неизвестно. Кроме того, магнитное поле, связанное со слоем Лейденфроста, может экранировать космические лучи низких и средних энергий.

Резюмируя, можно сказать, что идея зарядово-симметричной Все­ленной, конечно, находится в разительном разногласии с некоторыми теориями в космической физике, однако до сих пор не обнаружены ни­какие противоречия с какими-либо наблюдательными фактами.

11. Фоновое непрерывное рентгеновское излучение. Облака намаг­ниченной релятивистской электронно-позитронной плазмы, которые по­кидают область столкновения в нашей модели, не могут быть задержа­ны звездой, и они покинут также галактику. Поэтому мы можем надеять­ся обнаружить релятивистские продукты аннигиляции в межгалактиче­ском пространстве, где они, по-видимому, живут очень долго. Они будут взаимодействовать с обычным световым излучением звезд и с помощью обратного компонент-эффекта переносить световые кванты в область энергий KeV. Согласно Карлквисту и Лауренту (1976б) это вполне приемлемое объяснение фонового непрерывного рентгеновского излу­чения, которое было открыто и исследовано в последние несколько лет. Предполагая, что основная потеря энергии электронов и позитронов обусловлена синхротронным излучением, Карлквист и Лаурент нахо­дят, что спектр генерированных частиц (обусловленный нуклонной ан­нигиляцией) преобразуется в стационарный спектр .

Согласие между вычисленным и наблюденным спектрами является примечательным, принимая во внимание, что теория не содержит какого-либо подгоночного параметра (кроме полной интенсивности). По измеренной интенсивности можно вычислить плотность аннигиляционных электронов в межгалактическом пространстве, а результат вычис­лений равен 10-9 см-3 в интервале энергий 10—102 MeV. Полагается, что средняя плотность в Метагалактике («Вселенной») составляет 10 нуклонов в см-3 . Это означает, что наблюдаемая плотность элек­тронов и позитронов в межгалактическом пространстве должна быть результатом аннигиляции на протяжении веков по крайней мере 1% полного количества вещества. Нет ничего очевидно ошибочного в этой цифре, однако вопрос о том, как она может быть связана с общей заря-дово-симметричной космологией, остается открытым.

12. Антивещество и космология. В предыдущих разделах мы почти исключительно обсуждали роль антивещества для современного состоя­ния Вселенной. Однако существование антивещества имеет решающее значение в космологии, поскольку зарядово-симметричная Вселенная неминуемо эволюционирует иначе, чем Вселенная, содержащая только обычное вещество.

Когда Клейн начал исследовать следствия из зарядово-симметричной Метагалактики (это более корректный термин, чем «Вселенная»), его основной целью было дать альтернативу теории Большого Взрыва. Модель Клейна эволюции Метагалактики находится в противоречии с теорией Большого Взрыва, в результате чего на протяжении всего пе­риода космологической дискуссии, когда господствовала теория Боль­шого Взрыва, идеи Клейна и их дальнейшее развитие не привлекли к себе большого внимания. Однако сейчас, когда популярность теории Большого Взрыва падает, из-за ее расхождений с наблюдательными данными, для подхода Клейна скорее достоинство, что он противоречит этой теории.

Модель эволюции галактики Клейна является существенно одно­родной, начиная с очень большой сферы, содержащей однородную смесь вещества и антивещества. Как и все однородные модели, она должна быть заменена неоднородной. Обсуждение вопроса о том, каким обра­зом это сделать, завело бы нас слишком далеко, но, по-видимому, осно­вываясь на общих принципах Клейна, можно получить вполне приемле­мую картину эволюционной истории нашей Галактики.

13. Физика элементарных частиц и космическая физика. Детальные теории взаимодействия вещества и антивещества в космической физи­ке зависят от сотрудничества между физикой элементарных частиц и космической физикой. По-видимому, в настоящее время такого сотруд­ничества фактически не существует. Кажется это обусловлено тем фак­том, что физики, занимающиеся элементарными частицами, сосредото­чивают свой интерес на явлениях в области энергии GeV, в то время как в космической физике основной интерес представляют явления, относя­щиеся к области энергий eV или в редких случаях области KeV. Поэто­му области наших исследований отличаются на 5 или 10 порядков ве­личины, и, очевидно, трудно перебросить мост через эту пропасть.

Благодарность. Мне хочется поблагодарить профессора Н. Герлофсона за критику и мистера Джеймса Винсента за помощь в редактирова­нии этой рукописи.

Литература

  • Alfven H., 1965, Rev. Mod. Phys., 37, 652.
  • Alfven H., 1966, Worlds-Antlworlds, Freeman, San Francisco.
  • Alfven H., 1968, Ann. Geophysique, 24, 361.
  • Alfven #., 1971, Physics Today, 24 (2), 28.
  • Alfven H., 1975, Ann. N. Y. Acad. Sci., 257, 179.
  • Alfven H., 1978, in Physics of the Hot Plasma in the Magnetosphere, ed, B, Haltqvtst
  • and L. Sterflo, Plenum, New York.
  • Alfven H., Klein 0., 1962, Arkiv Fysik, 23, 187.
  • Alfven H., Mendis A., 1977, Nature, 266, 698.
  • Bonnevier Е., 1964, Arkiv Fysik, 27, 310.
  • Burbidge G., 1971, Nature, 233, 36.
  • Wickramasinghe N. C. et al, 1975, Astrophys. Space Sci., 35, L9.
  • Vincent J. R., 1976, TRITA-EPP-76-12, Royal Institute of Technology, Stockholm.
  • Gott J. R. et al., 1974, Astrophys. J., 194," 543.
  • Ekspong A. G., Yamdagni N. K-, Bonnevier В., 1966, Phys. Rev. Lett., 16, 664.
  • Carlqvisl P., Laurent В., 1976a, Nature, 262, 821.
  • Carlqvist P., Laurent В., 19766, Nature, 260, 225.
  • Klebesadel R. W. et al.. 1973, Astrophys. J., 182, L85.
  • Klein O., 1966, Nature, 211, 1337.
  • Laurent В. Е., Sdderholm L., 1969, Astron. Astrophys., 3, 196.
  • Lehnert В., 1977, Astrophys. Space Sci. in pss.
  • Lyndon-Bell D., 1977, Nature, 270, 396.
  • Metzger A. E. et al., 1974, Astrophys. J., 194, L19.
  • Nezhlnsklj E. M., 1976, IAU Symposium No. 45, p. 335.
  • Oort J. N.. 1950, Bull. Astron. Inst. Netherl., 11, 91.
  • Oort J. H., 1951, Observatory, 71, 129.
  • Opik E. J., 1970, The Moon, 1, 487.
  • Singer C, 1959, A Short History of Scientific Ideas, Oxford.
  • Sofia S.. Van Horn H. M., 1974, Astrophys. J., 194, 593.
  • Steigman G., 1976a, Ann. Rev. Astron. Astrophys.
  • Steigman G., 19766, Nature, 262, 821.
  • Teller E., 1966, in Perspectives In Modern Physics, ed. R. E. Marshak, Interscience,
  • New York, p. 449.
  • Thompson W., 1978. University of California, San Diego, private communications.

Информация

 Международная премия им. Виктора Амбарцумяна будет равняться $500 000

 Указом президента Армении Сержа Саргсяна основана международная научная премия имени великого астрофизика Виктора Амбарцумяна. Премия будет присуждаться за выдающиеся научные работы в астрофизике, а также примыкающих к ней сферах физики и математики, независимо от гражданской принадлежности ученого.

Премия будет присуждаться один раз в два года   и первым годом присуждения премии будет 2010 год. Размер премии будет равен 500 000 долларам США.

Премия имени академика В.А.Амбарцумяна в Российско-Славянском Университете

Ежегодная премия имени выдающегося ученого академика В.А.Амбарцумяна присуждается ежегодно за лучшую научную работу в области физики-математических и естественных наук ученым Российско-Славянского Университета.  

7 ноября 2008 г. Российско-Славянским университетом учреждена стипендия имени академика В.А.Амбарцумяна.
В Иране (иранском технополисе центра "Пардис") установлен бюст Виктора Амбарцумяна.

 

 

День рождения Виктора Амбарцумяна - 18 сентября - объявлен правительством Армении ДНЕМ АСТРОНОМИИ. Ежегодные мероприятия, которые будут выполняться в этот день, призваны оживить интерес молодежи к астрономии,

Rambler's Top100
© Peter N. Solovjov 2007-2017