Вечна ли Вселенная?
Когда был открыт закон сохранения энергии, сторонники материализма ликовали: они восприняли этот закон как главный аргумент в пользу вечности Вселенной, главное доказательство того, что материальная Вселенная никогда не возникала и никогда не уничтожится, что она всегда существовала и всегда будет существовать, изменяясь лишь внутри себя. В материалистических представлениях вечная и всемогущая материя с её законами сохранения фактически занимает место Бога.
Действительно, если количество энергии во Вселенной есть постоянная величина, которая не уменьшается и не увеличивается, то это как бы подразумевает, что сама Вселенная тоже сохраняется. То есть вечна.
Но в этих рассуждениях кроется очевидное противоречие.
Если количество энергии во Вселенной не изменяется, значит, это какая-то, пусть даже очень большая, но вполне конкретная, конечная величина. А это значит, что и Вселенная конечна, ограничена имеющимся в ней количеством энергии. Ведь энергия лежит в основе вещества, значит, вещества во Вселенной тоже ограниченное количество. Значит, и вся материя имеет какую-то конечную величину. А поскольку атрибутом материи является пространство, а материя ограничена – значит ограничено и занимаемое ею пространство. Вторым атрибутом материи является время. Значит, материальная вселенная ограничена и во времени!
Существует самая прямая и непосредственная связь между пространством и временем, выражаемая таким принципом: то, что ограничено в пространственном отношении, ограничено и во времени.
В самом деле, сколь ни велика Вселенная, но, коль скоро она ограничена в пространстве, у нее должна быть периферия и должен быть центр. И все объекты, находящиеся на каком-то удалении от центра, под влиянием гравитационных сил должны постоянно и, со всё возрастающими скоростями, падать в направлении этого центра. И, в конечном счете, упасть на него, что и будет означать гибель Вселенной. Возможен и другой вариант: Вселенная расширяется от центра к периферии, её объекты – звезды, галактики, туманности – разлетаются во все стороны, как осколки после взрыва. А разлетаясь, как мы уже знаем, – распадаются в силу явления энтропии. В конце концов, они потеряют друг друга из виду и рассеются в холодном и темном пространстве – и это тоже будет означать гибель Вселенной27. Невозможен только стационарный вариант. Пространственно ограниченная Вселенная не стабильна, она не может существовать вечно: действующие в ней силы рано или поздно разорвут её.
Несмотря на свою очевидность, эта идея лишь сравнительно недавно пришла людям в голову. Вплоть до начала ХХ века Вселенная считалась стационарной, пребывающей в одном и том же состоянии. Даже Эйнштейн, разрабатывая в 1915 г. общую теорию относительности, был уверен в статичности Вселенной.
Однако, применив свою теорию к Вселенной как целой системе, Эйнштейн обнаружил, что такого решения, которому соответствовала бы не меняющаяся со временем Вселенная не получается. Этот результат не удовлетворил великого учёного. Чтобы добиться стационарного решения своих уравнений, Эйнштейн ввёл в них дополнительное слагаемое – так называемую космологическую постоянную («лямбда-член»).
Фактически «лямбда-член» Эйнштейна означает допущение существования некоторой «антигравитационной» силы, которая в отличие от других сил не порождалась каким-либо источником, а была заложена в саму структуру пространства-времени. Эйнштейн утверждал, что пространство-время само по себе всегда расширяется и этим расширением точно уравновешивается притяжение всей остальной материи во Вселенной, так что в результате Вселенная оказывается статической. Однако до сих пор никто не смог найти какого-либо физического обоснования этой таинственной силы.
В начале 20-х гг. советский математик Александр Фридман решил для Вселенной уравнения общей теории относительности, не накладывая условия стационарности. Он доказал, что могут существовать два решения для Вселенной: расширяющийся мир и сжимающийся мир. Полученные Фридманом уравнения используют для описания эволюции Вселенной и в настоящее время.
В 1929 г. американский астроном Эдвин Хаббл подтвердил расширение видимой части Вселенной по смещению положения спектральных линий наблюдаемых галактик.
Таким образом, теория относительности Эйнштейна и наблюдения астрономов подтверждают: вселенная конечна во времени.
Впрочем, к этому выводу можно прийти и гораздо более простым путем. Можно ли из неизменности количества вещества, находящегося в запаянной колбе, сделать вывод о вечности самой колбы? Закон сохранения вещества (являющийся частным случаем закона сохранения энергии) будет справедлив пока и поскольку система (в данном случае – колба с находящимся в ней веществом) остается замкнутой. Но вдруг: мышка бежала, хвостиком махнула, колба упала – и разбилась. И закон сохранения тут же перестал действовать. Или, скажем, безо всякой мышки произошел распад материала колбы…
Стало быть, из закона сохранения энергии нельзя сделать вывод о вечности Вселенной. Из этого закона следует совершенно противоположный вывод: Вселенная не вечна. Она ограничена в пространственном отношении и конечна во времени.