Происхождение миров - Поль Лаберенн

Существенное соображение было вполне определенно высказано самим Милликеном в ходе глубоких исследований, на которые мы уже ссылались. В умеренных, но справедливых выражениях он подчеркнул, что мы не имеем права на систематическое и умозрительное обобщение принципа Карно:

«В свете этих фактов (перенос большого количества энергии космическими лучами. — Прим. автора), — писал он, — можно взглянуть на второй закон термодинамики, который по странному мнению некоторых ученых является определяющим фактором для теорий происхождения и судьбы вселенной, иными глазами. Ведь этот закон в целом есть лишь простое обобщение тех фактов, повседневно наблюдаемых в земных условиях, что энергия в любой форме стремится превратиться в тепло, в излучение, рассеивающееся в пространстве, после чего она для нас теряется. Таким образом, горячее стремление к его обобщению основано на недостаточных знаниях. Вот почему экспериментатор играл и будет всегда играть столь важную роль в процессе науки. В результате действенного применения экспериментальных методов один за другим обнаруживались факты, которые оставались вне поля зрения теоретиков, даже когда последние, оставаясь в рамках логичных, по их мнению, теорий, уже находили для наблюдаемых фактов их места в цельной цепи последовательных явлений. Не заходят ли теоретики, находящиеся до сих пор в неведении относительно источника наиболее мощного, пожалуй, излучения, слишком далеко в своих заключениях о происхождении и судьбе вселенной?».[111]

Добавим, что если Милликен ставит проблему, касающуюся принципа Карно, корректно и если некоторые из его предположений продолжают привлекать внимание ученых, то все же ничто в самых последних работах о космических лучах не подтвердило пока его гипотез. Вполне естественно, что физики продолжают работать в других направлениях. Одни, как, например, Альфвен, привлекают в качестве ускорителей электронов мощные магнитные поля, которые должны окружать звезды. Аналогичным образом Ферми объяснял происхождение энергии космических лучей при столкновениях частиц с намагниченными облаками межзвездной среды. Другие, как, например, Цанстра, заметили, что сверхновые в момент их вспышки выбрасывают в пространство значительную энергию, что приводит также к возникновению интенсивного космического излучения; это как будто подтверждается очень слабыми колебаниями наблюдаемой интенсивности космического излучения.

Все эти теории Милликена, Альфвена, Ферми, Цанстра, Регенера содержат слабые пункты и не все равноценны в объяснении наблюдаемых фактов. Однако мы пока не имеем оснований для предпочтения одной из них и полного отбрасывания других. Впрочем, возможно, что, поступая таким образом, мы даже совершили бы ошибку. Мы объединяем под названием космических лучей все виды мощного излучения, приходящего, как нам кажется, из глубин вселенной. Тот факт, что мы наблюдали все эти лучи, а поэтому и изучаем во всей их совокупности как нечто целое, совсем не доказывает, что все они имеют одно и то же происхождение. «Первичное» космическое излучение, которое приходит со всех направлений из пространства в верхние слои земной атмосферы, состоит преимущественно из положительно заряженных частиц — протонов. И если говорить только о позитронах, то мы их получаем в лабораториях (т. с. в совсем других условиях) или как результат «материализации» фотонов, или как результат превращений элементов (трансмутаций). Следовательно, является правдоподобным, что космические лучи имеют далеко не единую природу, а представляют собой совокупность излучений, вызванных процессами атомных превращений во вселенной, которые имели место в прошлом или протекают в настоящее время. Притом эти превращения могут принимать весьма различные формы, среди которых помимо рождения некоторых атомов из атомов водорода вполне может фигурировать также «аннигиляция» вещества, а также, если это возможно, рождение атомов водорода как результат «материализации» фотонов.

Другим фактором, возможно, играющим важную роль в «восстановлении» вещества во вселенной, является существование в межзвездном пространстве более иди менее рассеянных скоплений вещества.

По правде сказать, мы мало знаем об этих космических объектах. Часто они являются совсем темными и образуют иногда настоящие черные пятна на звездном небе. В тех, которые немного светятся, можно обнаружить наряду с газами с небольшим атомным весом также более тяжелые элементы, например кальций. Но до сих пор было невозможно точно оценить их массу в той или иной области пространства. Однако многие астрономы полагают, что общая масса облаков рассеянного вещества в Галактике примерно равна суммарной массе звезд.

О происхождении скоплений рассеянного вещества также пока можно сказать мало. Как мы видели в гл. II, их присутствие обнаруживают в тех спиральных галактиках, которые рассматриваются в настоящее время как «молодые». С другой стороны, вполне очевидно, что сгущения диффузной материи должны содержать какие-то остатки «мертвых» небесных светил; потухших звезд, потерпевших катастрофы планет или комет. Они должны также содержать материю, которая выбрасывается из верхних слоев звездных атмосфер, и материю, бурно извергающуюся из звезды, когда она становится новой.

Возникает, следовательно, вопрос, не может ли материя, выделяемая яркими звездами, и материя, существующая внутри «мертвых» галактик, собираться постепенно в других областях пространства и образовывать протяженные диффузные туманности, которые будут затем эволюционировать, превращаясь в спиральные туманности. Для того чтобы такая эволюция соответствовала на самом деле истинному восстановлению миров, необходимо, чтобы образовавшиеся подобным путем галактики в свою очередь могли послужить отправной точкой для возрождения корпускулярной материи из излучения. Из остатков спиральных туманностей могли бы тогда рождаться новые галактики.

Сейчас уже известно, что космические облака, светящие своим собственным светом, возбуждаются излучением очень горячих звезд. Это излучение ионизует атомы облаков, т. е. некоторые фотоны отрывают у атомов электроны и передают им свою энергию. Атомы водорода, имеющие лишь по одному электрону, вращающемуся вокруг ядра (их содержится очень много в межзвездной материи), распадаются при этом на электроны (отрицательные) и свободные протоны (положительные ядра).

Рис. 15. Темная туманность в созвездии Змееносца

Свободные электроны могут снова соединиться с протонами или возбуждать другие атомы. Не сопровождаются ли эти явления «материализацией» некоторых фотонов и превращениями, приводящими к образованию более сложных атомов, что как раз облегчается существованием свободных протонов? Хотя физические условия в этих скоплениях весьма отличны от тех, которые имеют место в звездах или в лабораториях, где возможно осуществление подобных атомных превращений, было бы, несомненно, преждевременным отбрасывать в настоящее время эти гипотезы. Как бы то ни было, полная теория эволюции вселенной все равно должна будет объяснить присутствие и особенно значение и роль межзвездной материи.

Прежде чем закончить эту главу, следует сказать еще несколько слов по поводу проблемы, которая стала изучаться астрономами сравнительно недавно. При подсчете относительных количеств, в которых встречаются во вселенной различные химические элементы, можно заметить, что наиболее распространенными являются элементы с наименьшим атомным весом и прежде всего водород. По мере увеличения атомного веса, т. о. с усложнением атомов, элементы становятся все более и более редкими, а элементы с таким большим атомным весом, как уран, встречаются в относительно ничтожном количестве.[112] В то же время можно констатировать, что одни изотопы химических элементов встречаются гораздо чаще, чем другие.

Подобная относительная распространенность элементов связана, очевидно, с условиями их происхождения. Таким образом, наблюдения дают нам новые и ценные данные для построения рациональной космогонии.

К сожалению, эти данные прежде всего использовались до сих пор креационистами, поддерживающими теорию расширяющейся вселенной, как, например, Леметром, Гамовым или Чандрасекаром. Последние исходят из начального состояния материи в условиях исключительно большой концентрации, очень большой плотности и очень высокой температуры (рассматривают и плотности, превышающие примерно в 10 миллионов раз плотность воды, и температуры, измеряемые десятками миллиардов градусов). Эти работы не дали ничего положительного в деле создания научной теории эволюции вселенной. Вместе с тем, если гипотеза о расширении местного скопления галактик внутри бесконечной вселенной экспериментально подтвердится (мы возвратимся к этому вопросу в главе VIII), некоторые результаты этих работ, возможно, окажутся полезными. Во всяком случае, если мы хотим воссоздать правильную картину истории вселенной, проблема относительной распространенности химических элементов должна быть также разрешена.