Занимательная астрофизика

Среда обитания — космос

В 1963 г. было сделано одно из самых поразительных открытий XX века на очень больших расстояниях от Земли, у самых границ наблюдаемой Вселенной были обнаружены удивительные объекты, излучающие невиданные потоки энергии. В дальнейшем они получили название квазаров.

Комментируя это событие, известный советский астрофизик доктор физико-математических наук И. Д. Новиков заметил:

— Если бы до открытия квазаров нам описали их свойства, мы со всей уверенностью заявили бы, что подобные объекты в природе просто не могут существовать…

Открытие квазаров явилось неожиданностью, одним из тех поразительных сюрпризов, которые время от времени: преподносит нам бесконечно разнообразная Вселенная. Но само по себе появление подобных сюрпризов уже давно перестало быть неожиданностью. Наш век научно-технической революции требует от современного естествознания все более глубокого проникновения в тайны строения окружающего мира, познания наиболее фундаментальных свойств материи, в том числе и закономерностей Вселенной. И это не только внутренняя потребность саморазвития науки, но и задача, поставленная перед современным естествознанием всем ходом развития общества…

У известного американского ученого и писателя Айзека Азимова есть рассказ «Поющие колокольчики». Действие этого рассказа происходит в далеком будущем, когда полеты на другие небесные тела стали столь же обычным делом, как в наши дни поездка на автомобиле. Поющие колокольчики — особые куски лунной породы, издающие при ударе ни с чем не сравнимые чарующие музыкальные звуки. Эти уникальные произведения природы ценятся на Земле дороже золота и драгоценностей.

Главное действующее лицо рассказа Луис Пейтон тайком отправляется на Луну на антигравитационном корабле, чтобы попытаться отыскать тайник с поющими колокольчиками, которые украдкой собрал один лунный старатель.

Пробыв две недели на Луне, Пейтон находит клад, убивает своего спутника и возвращается на Землю. Убийство обнаруживают, и подозрение падает на Пейтона. Но он умело запутал следы и к тому же подготовил себе надежное алиби: убедительные доказательства того, что он за последнее время не покидал Землю.

По просьбе полиции за дело берется доктор Эрт. Подозреваемого Луиса Пейтона доставляют к нему. Доктор Эрт достает из своей коллекции поющий колокольчик и неожиданно бросает его сидящему в нескольких метрах Пейтону. Пейтон успевает поймать волшебную вещицу.

Не дав ему опомниться, Эрт приказывает:

— Бросьте его мне, мистер Пейтон. Скорее!

Машинально Луис Пейтон бросает колокольчик. Но бесценный комочек пемзы, не долетев до протянутой руки доктора Эрта, падает на пол и разбивается…

Эксперимент решает судьбу Пейтона. За две недели пребывания на Луне его мышцы привыкли к ослабленной силе тяжести и еще не успели вновь приспособиться к земному притяжению. Это — неопровержимое свидетельство того, что Пейтон покидал Землю и некоторое время находился на каком-то небесном теле, значительно уступающем по массе и размерам Земле…

Обживая космос, человек вступает в особый мир, где все непохоже на земное, где и окружающая обстановка и физические условия и даже характер движения всех предметов и самого человека иные, чем на Земле, — такова главная идея рассказа Азимова.

Идея, вполне соответствующая реальному положению вещей, в чем смогли убедиться наши космонавты, длительное время живущие и работающие на борту орбитальных станций, а также участники лунных экспедиций.

Таким образом, выход человека в космос, развитие космических полетов — это не просто величайшее достижение человеческого разума, науки и техники, это начало освоения человеком новой среды обитания! Точнее говоря, непосредственного освоения. Потому что, если задуматься, космос, Вселенная всегда были средой нашего обитания.

Как общественная формация человечество подчиняется своим особым специфическим закономерностям — законам общественного развития, открытым и исследованным Карлом Марксом, Фридрихом Энгельсом и Владимиром Ильичем Лениным.

Но с точки зрения естественных наук мы — часть Вселенной. И подчиняемся действующим во Вселенной физическим и другим закономерностям. Не только целый ряд условий нашей жизни, но и само существование земной цивилизации во многом зависят от того, что представляет собой наша Вселенная, как она развивается, какие физические законы в ней действуют, какие физические процессы протекают.

Конечно, прежде всего человек сталкивается с теми условиями, которые окружающего на Земле. Он не только обитает в этих условиях на протяжении тысячелетий, но все практические свершения человечества на протяжении очень долгого времени были ограничены чисто земными рамками. Однако в XX веке, в особенности во второй его половине, положение вещей существенно изменилось.

Конец 50-х годов ознаменовался величайшим событием в истории человечества — выходом в космос. Первый советский искусственный спутник Земли, выведенный на орбиту в октябре 1957 года, открыл людям путь во Вселенную. Столь грандиозное свершение, разумеется, не было простой случайностью — его подготовил весь предшествующий ход развития земной цивилизации…

На протяжении очень долгого времени астрономия была «лидером» естествознания. В частности, именно астрономические наблюдения послужили исходным фундаментом для открытия законов механики и закона всемирного тяготения, т. е. для построения основ современной науки о природе. В дальнейшем на первое место выдвинулась физика, создавшая в начале XX в. такие фундаментальные теории, имеющие принципиальное значение для познания окружающего мира, как теория относительности и квантовая механика.

Однако в последние десятилетия значение астрономических исследований вновь возросло. Несколько лет тому назад выдающийся советский физик академик Л. А. Арцимович выступил в печати со статьей, которую озаглавил: «Будущее принадлежит астрофизике». Почему же один из руководителей советской физики, известный физик-ядерщик, решил отдать предпочтение не физике, а астрономии?

Дело в том, что в нашу эпоху особенно важное значение приобретают фундаментальные научные исследования — изучение основополагающих, всеобъемлющих законов мироздания. От успешного развития фундаментальных исследований непосредственно зависит научно-технический прогресс. И прежде всего от фундаментальных исследований в области физики, познания наиболее глубоких закономерностей строения материи. Многое в этом направлении уже сделано, но, как справедливо заметил один древний мудрец, чем шире круг наших знаний, тем больше линия соприкосновения с неизвестным.

Однако на пути дальнейшего развития физических исследований лежат определенные трудности. Целый ряд явлений, которые можно было изучить в земных лабораториях, уже исследован, И для того, чтобы существенно продвинуться дальше, необходимо наблюдать материю в предельных, экстремальных состояниях. Температуры в сотни миллионов кельвинов. Давления в десятки миллионов атмосфер. Чудовищные плотности в сотни миллионов и миллиарды тонн в кубическом сантиметре. Огромные энергии, сравнимые с энергией взрыва термоядерного заряда с массой, равной массе десятков тысяч солнц. Космический вакуум.

Вот далеко не полный перечень тех условий и состояний, которые необходимы современному физику. Но ни в одной современной физической лаборатории воспроизвести подобные условия и состояния в полной мере, к сожалению, невозможно.

И все же лаборатория, где физические процессы, о которых идет речь, происходят, реально существует. Это — бесконечно разнообразная лаборатория Вселенной, созданная самой природой!

И нет ничего удивительного в том, что астрономические исследования позволили обнаружить целый ряд таких явлений, изучение которых не только расширило наши представления о космических процессах, но и внесло весьма существенный вклад в дальнейшее развитие физической науки.

В современной физике есть одно понятие, которое играет чрезвычайно важную роль в понимании окружающего нас мира. Это понятие энтропии. Дело в том, что в ходе различных природных процессов все виды энергии постепенно переходят в тепловую, а она рассеивается и теряет способность производить какую-либо работу — обесценивается. Рассеяние энергии ведет к затуханию физических процессов. Степень этого рассеяния и измеряется величиной энтропии. Во всех природных процессах энтропия накапливается, и ее значение является как бы мерой рассеяния энергии, ее омертвлениям.

В определенном смысле накоплению энтропии противостоит разумная деятельность человека, в ходе которой он создает маловероятные состояния, которые не могли бы сами собой появиться в результате течения природных процессов. Образно можно сказать, что вся практическая деятельность людей — это постоянная борьба с энтропией. И в этой борьбе чрезвычайно важную роль играет информация.

Чем более глубокой и разносторонней информацией; располагает человек, тем более сложные практические задачи может он решить. А значит, одной из важнейших проблем, стоящих перед человеком, является всемерное расширение той области природных явлений, откуда черпается информация об окружающем мире. И это одна из тех причин, которые обусловили необходимость дальнейшего развития астрофизических исследований.

Об астрономии написано немало. Однако лицо этой науки, особенно в последние годы, стремительно меняется. Классическая астрономия с ее определением положений и изучением движений небесных светил в значительной мере уступила место астрофизике. В свою очередь, буквально на наших глазах, значительные изменения претерпела и астрофизика. Если еще сравнительно недавно ее главной задачей было изучение физических характеристик космических объектов, определяющих их современное состояние, то сейчас на первый план выдвинулось исследование их истории, их предшествующих состояний, закономерностей их возникновения и развития. Астрофизика превратилась в эволюционную науку.

В какой-то мере необходимость подобного подхода явилась результатом осознания того фундаментального факта, что мы живем в изменяющейся Вселенной, прошлое которой отличается от ее современного состояния, а современное — от будущего. Знание эволюционных законов позволит человеку прогнозировать будущие состояния космических объектов и заранее выявлять возможные изменения космической среды, затрагивающие область непосредственного обитания земной цивилизации. А масштабы этой области по мере освоения космоса, судя по всему, будут расти.

Есть и еще одно обстоятельство, которое выдвигает астрофизику на самые передовые позиции. Когда люди осваивали земную среду своего обитания, свою собственную планету, то при этом огромную роль сыграл комплекс географических и геофизических наук.

С выходом человека в космос, с осознанием того, что средой нашего обитания по сути дела является вся наша Вселенная, необходима наука, которая исследовала бы состояние космической среды, те физические процессы, которые в ней протекают, те изменения, которые в ней происходят. Такой наукой и является астрофизика.

Таким образом, астрофизика не только способна питать новыми идеями, почерпнутыми в лаборатории Вселенной, физику и смежные с ней науки — в перспективе она должна стать теорией той среды, в которой со временем будет развертываться непосредственная практическая деятельность человечества.

Именно этими обстоятельствами и был обусловлен прогноз академика Арцимовича, который отвел астрофизике ведущее место в естествознании обозримого будущего.

Все это, вместе взятое, привлекает сегодня к науке о Вселенной особое внимание не только специалистов, но и самых широких кругов людей.