Вселенная, бытие, универсум
Весь материальный мир, от снежинок и электронов до баобабов и падающих звезд, не имеет собственной реальности, а является проекцией глубинного уровня мироздания. Вселенная – и это подтверждает ряд серьезных исследований – представляет собой гигантскую голограмму, где даже самая крошечная часть изображения несет информацию об общей картине бытия и где все, от мала до велика, взаимосвязано и взаимозависимо. По мнению многих современных ученых и мыслителей, голографическая модель вселенной является одной из самых перспективных картин реальности, имеющейся в нашем распоряжении на сегодняшний день.[4]
Бытие является философской категорией, обозначающей реальность, существующую объективно, независимо от сознания, воли и эмоций человека.
Проблема трактовки бытия и соотношения его с сознанием стоит в центре философского мировоззрения. Будучи для человека чем-то внешним, преднайденным, бытие налагает определенные ограничения на его деятельность, заставляет соизмерять с ним свои действия. Вместе с тем бытие является источником и условием всех форм жизнедеятельности человека. Бытие представляет не только рамки, границы деятельности, но и объект творчества человека, постоянно изменяющего бытие, сферу возможностей, которую человек в своей деятельности превращает в действительность.
Истолкование бытия претерпело сложное развитие. Его общей черто является противоборство материалистического и идеалистического подходов. Первый из них толкует основания бытия как материальные, второй – как идеальные.
Универсум — вся объективная реальность во времени и пространстве; в зависимости от трактовок реальности может не совпадать с понятиями «мир» и «Вселенная». [5]
Дифференциация понятий “мир” и “Универсум” оказалась эвристической и для современного естествознания (хотя и в другом, нежели в античности философском смысле). Наука наших дней раскрыла условия и основания как существования множества возможных миров, так и подразделения материального бытия на некоторые реальные подмиры — типа микро-, макро- и мегамир.
В этих условиях стало очевидным, что в настоящее время мир уже неоправданно рассматривать подобно Универсуму как максимум полноты сущего. Тем более, что многообразие бытия не раскрывает качественной определенности мира как предмета исследования. Так, касаясь эпикуровского определения мира как некого многоразличного комплекса явлений с неопределенным пределом, который интегрирует светила, землю и все возможные тела, К. Маркс писал: “то, что мир есть комплекс земли, звезд и т. д.,— это еще ничего не разъясняет”, ибо “всякое конкретное тело есть комплекс”. Нужно объяснить и определенность предела в многоразличии мировых явлений и закономерность (необходимость) их единства.
Учитывая опыт раскрытия проблемы специфики понятия мир в истории философии, а также точку зрения современного естествознания на фактическое освещение этой проблемы, можно предложить такое предварительное определение рассматриваемого понятия. Мир — это форма тотальности явлении в границах определенного типа реальности, комплекса материальных условий бытия, раскрывающего предельную сферу функционирования фундаментальных закономерностей, самодостаточных для детерминации всего многоразличия этого бытия и выявления его самодеятельности. Понятие “мир” дает представление о такой форме единства объектов (миропорядке), которая характеризует самодеятельность материи. [4]
Высшим проявлением этой самодеятельности выступает деятельность человека как универсального, общественного существа. Вот почему понятие “мир” центрировано относительно возможности появления социальной формы движения материи. Это значит, что мир определяется как относительно условий, ведущих к социогенезу, так и относительно отрицательных условий его реализации. В последнем случае речь идет о мирах, не ведущих к возникновению человека, но служащих источником разнообразия Универсума. Через это разнообразие Универсум и выступает как сфера полного раскрытия всех возможностей развития материи, в том числе и тех, которые ведут к появлению жизни и разума.
Если обратиться к образным средствам, то используя метафору Н. Кузанского, можно сказать, что множество возможных миров причастны к человеку примерно так, как множество различных зеркал могут быть причастны к одному лицу (даже если некоторые из них деформированы или сводят на нет человеческую ипостась). По крайней мере, негативные результаты (изображения) создают тот контур, который очерчивает человеческий образ если не по прототипу, то по контрасту.
Важно, однако, то, что относительно вариаций предпосылок жизни от положительных (благоприятных) до отрицательных (негативных) условий можно обнаружить инвариантные характеристики, всеобщие основания органической эволюции.
Утверждение лишь положительных условий конституирования человеческого мира привело бы к догматизации человека как единственно возможной интеллектуально творческой силы, исключающей другие, неантропоидные формы целесообразной активности. Напротив, диалектическое понимание абсолютности человека, предполагающее учет и положительных и отрицательных условий социогенеза, не исключает возможности неземных форм сознания и вместе с тем не нарушает условий его уникальности: ведь наш мир как сфера социогенеза потому и абсолютен, что человек в его границах универсален и уникален. Поэтому любое представление о внеземной цивилизации реально для человека лишь в границах ее редукции к земным моделям, то есть в границах проекции другого мира на наш, человеческий мир.
Причина такой всеобщности “земной мерки” Универсума (и его реализации через различные миры) заключается в том, что “в самих категориях познающего мышления скрыт общий механизм целеполагающей человеческой деятельности, так что и объяснение природы “из нее самой” совершается в формах, аналогом для которых служит человеческая практика”.
Если учитывать и положительные и отрицательные условия возможности социогенеза, то обобщенно мир предстает не только как предпосылка появления человека, но и в виде космической сферы утверждения его в качестве универсального существа. Это “утверждение” дает новый (сравнительно с анализом условий и предпосылок появления человека) ракурс определения категории “мир”. Оно обнаруживает, что самодостаточность миропорядка в отношении детерминации всех присущих данному миру явлений не исключает возможности других миропорядков и миров с точки зрения универсального развертывания социальной формы движения материи, ибо, будучи детерминированным своим миром, человек утверждает себя не только в положительных формах целесообразного миропорядка, но и через его возможные альтернативы. Он полагает абсолютность своего мира через деятельное противостояние нецелесообразной стихийности “бездны” за границей своей “космической ойкумены”.
Внечеловеческая стихийность возможных миров является диалектически подвижной границей представительства Универсума в человеческом мире. Благодаря этому представительству мир человека и оказывается универсальной сферой разворачивания человеческих сущностных сил. Иначе говоря, возможные миры составляют тот потенциал бытия, без которого законы природы, творящей человека, не носили бы абсолютного, универсального характера.
Понятие Универсума характеризуется раскрытием всех возможностей материального бытия и их осуществлением в вечной и бесконечной перспективе развития материи. В этом смысле представление об Универсуме связано с идеей максимальности существования и полноты сущего. Универсум—это единая цельность (Unum), характеризуемая материальностью субстанциальных основ всех наблюдаемых и возможных явлений, объективной реальностью всякого субстрата и в таком понимании — единым материальным статусом оснований всех процессов (и физических и психических), в каких бы мирах они ни происходили.
Совпадение универсальности и материальности является основанием всех тех совпадений противоположностей (возможности и действительности, конечного и бесконечного, единого и многого, максимального, и минимального, реального и виртуального и др.), через которые Универсум выступает как всеохватывающее бытие в его полноте, единстве и самодостаточности. Полнота и самодостаточность Универсума исключала бы развитие, если бы он ни раскрывался через само себя разрешающее противоречие материального бытия, то есть процессуально, через конечную актуализацию своих бесконечных потенций.
Для актуализации бесконечных потенций необходима вечность. Вечность и есть “длительность” Универсума форма его утверждения и сохранения. Всякое же временное осуществление Универсума выступает в виде того либо иного конкретного мира.
В этом смысле Универсум есть возможность всякого-мира, очерченная закономерностями развития материи. Но возможность возникать не имеет начала. Вот почему еще Н. Кузанский отождествлял вечность с “возможностью-бытием”.
Как потенциальная максимальность Универсум предстает через множество миров. Но актуально он репрезентируется для человека в нашем мире, во вселенной, породившей социальную форму движения материи. Иначе говоря, для человека Универсум как возможность нашего мира реализуется лишь в виде человеческого мира.
В формах нашего мира Универсум и предстает через реалии и возможности наблюдаемой вселенной как вечное, бесконечное и абсолютное развитие всего сущего, характеризующееся тем, как “материя движется” и как “материя мыслит”. Универсум воплощает, таким образом, не только сферу стихийно-материального, но и область культурно-исторической предметности идеального в человеческой практике, раскрывает возможности продолжения истории природы в формах очеловеченной реальности.
Универсум не является метамиром (хотя он и соединяет в себе черты многих систем бытия) и не выступает как кооперация, объединение миров. Это проекция всех возможных миров на наш мир как воплощение универсальных закономерностей и потенций развития материи. Универсум, таким образом, соединяет максимальную потенциальность сущего (множество возможных миров) с максимумом существования (реальностью наблюдаемой нами вселенной). Соответственно его единство оказывается цельностью и единственностью нашего мира, через который и раскрываются другие, возможные системы бытия.
Рассмотрение нашей вселенной как репрезентации Универсума позволяет решить парадокс совмещения идеи множественности миров с принципом универсального единства материального бытия, требование всеохватывающей связи всего со всем с ограниченностью сферы причинных опосредований рамками “светового конуса” наблюдаемых событий. то есть рамками конечной скорости распространения физических взаимодействий, через которые осуществляются каузальные отношения. Ведь допущение множества миров (в частности, множества вселенных типа нашей Метагалактики) ведет к некоторым трудностям естественнонаучного порядка.
Известно, например, что закон тяготения А. Эйнштейна допускает множество космологических решений, каждое из которых ассоциирует свой особый мир или вселенную. Если учесть неисчерпаемое многообразие физических условий в системе материального бытия, то естественно допущение возможности реализации всех космологических моделей, совместимых с законом тяготения. Но такое допущение упирается в проблему природы физической взаимосвязи различных метагалактик (то есть миров, подобных нашей вселенной) .
Предложенные варианты осуществления этой связи с помощью особого вида материи (П. К. Кобушкин), некоего “сверхпространства — сверхвремени” (Л. Э. Гуревич) или нарушении симметрии вакуума (А. М. Мостепаненко) носят гипотетический характер, что ставит под сомнение физическую мотивированность идеи множественности миров.
Судьбу указанной идеи не следует связывать с открытием Каких-то новых неизвестных сил связей с другими вселенными. Не исключая возможности открытия такой связи для некоторого класса субмиров, следует указать, что в виде особого миропорядка могут выступать и параллельные миры (в эвереттовском смысле), между которыми энергетическая связь невозможна. Вот почему проблему отношения между различными мирами следует обобщить с тем, чтобы не абсолютизировать каузально-энергетические агенты единства возможных миров.
Так, различие между категорией Универсума и категорией мира позволяет ввести особое понятие проекции возможных миров на выделенный миропорядок и тем самым перевести проблему единства материального бытия в плоскость анализа условий, при которых каждый из миропорядков может репрезентировать весь Универсум и притом таким образом, что реальность одного универсального миропорядка будет оставлять в сфере потенциального его альтернативные модели. Подобное понятие о проекциях одних систем бытия на другие вполне осмысленно с физической точки зрения.
Собственно, теория относительности и предполагает изучение пространственных и временных проекций единого четырехмерного пространства — времени на определенные “классические” системы отсчета. В равной же мере корпускулярно-волновой дуализм в микрофизике связывается с проекциями квантового объекта на взаимодополнительные классы экспериментальных ситуаций.
Допускаются и эквивалентные (вплоть до неразличимости) проекции одного и того же объекта в квантовой теории поля. Этой одинаковостью проекций некоторые ученые пытаются объяснить такой малопонятный факт, как неразличимость частиц одного и того же сорта (невозможность маркировать их относительно друг друга). Указывая на то, что тождественность частиц следует рассматривать как “главную тайну физики”, Дж. Уилер и его соавторы пишут: “Не потому ли частицы одного сорта тождественны друг другу в каждом отдельном цикле Вселенной, что они позволяют увидеть тождественные картины одной и той же Вселенной”.
Иначе говоря, частицы одного и того же сорта рассматриваются как одинаковые проекции одного и того же этапа развития вселенной. А если учесть, что на разных этапах космогенеза существуют различные энергетические условия, то в качестве проекции одного и того же мегамира могут быть рассмотрены и частицы разных сортов: ведь в начале расширения вселенной при температурах свыше 1029 К вообще существует полная симметрия частиц, и их различие по сортности нарастает лишь с понижением температуры поэтапно (в частности, при температурах между 1029 и 1015 К остаются неразличимыми сорта частиц, связанных со слабым и электромагнитным взаимодействиями).
Эта способность объектов микромира репрезентировать мегамир дает конкретную физическую иллюстрацию проекции одного субмира на другие субмиры или, по крайней мере, делает физически осмысленной саму идею репрезентации одним миром другого. Тем самым идея монадности элементарных частиц и сопричастных им космологических моделей получает определенную конкретизацию.
Способность к взаимовыражению монад в русле философской разработки принципа монадности являлась одной из существенных характеристик этих субстанциальных объектов. Конечно, отсюда не следует возможность выведения современного естественнонаучного понимания монадности из философского понимания монад, скажем, в идеалистической концепции Лейбница, ибо за вычетом откровенного идеализма лейбницевскую монадологию можно рассматривать лишь как фантастическое предугадывание рациональных диалектических идей. Но в рамках материалистической интерпретации этих идей представление о проекциях одних систем бытия на другие можно поставить в один ряд со способностью материи к отражению.
Представление о проекциях миров существенно прежде всего для понимания самого Универсума, который выступает всегда лишь относительно некой космологической системы отсчета или некоего выделенного мира. И тогда все другие 'миры оказываются проекциями на эту выделенную космологическую систему. Соответственно подобному выделению одного мира и проекциям других миров на выделенную систему бытия и вводится понятие представительства Универсума в одном едином миропорядке.
Это представительство Универсума в одном мире реализует в свою очередь представление о связи всего со всем. Иначе говоря, универсальная связь объектов выступает не только в форме энергетических, каузальных взаимодействий, но и оказывается функцией от проекций множества миров на один мир, который репрезентирует Универсум. Такая способность репрезентации свидетельствует о том, что мир — это “зеркало” Универсума. И когда он выступает в роли такого зеркала, множественность других миров оказывается лишь отрицательным условием утверждения выделенного мира.
Для человека этим выделенным миром (или “зеркалом Универсума”) является наша наблюдаемая вселенная. Но поскольку в этой вселенной воплощаются универсальные закономерности, то различие между нашим выделенным миром и возможными мирами оборачивается оппозицией абсолютности миропорядка человеческого бытия и относительности всех других миров за пределами нашей точки зрения.
Вот почему человеческий мир выступает той системой отсчета, по отношению к которой типология миров возможна лишь соответственно ослаблению той либо иной атрибутивной характеристики тотальности бытия. Это ослабление и свидетельствует о том, что с нашей земной точки зрения все миры, кроме человеческого, — неполны. Их неполнота связана с тем, что они выступают не в виде совершенного миропорядка, а как относительные проекции этого миропорядка на наш мир.
Человеческий мир и репрезентирует Универсум, потому что содержит другие миры, хотя и в виде их относительных проекций. Тем самым утверждается единство Универсума. Для нас это единство обнаруживается в том, что даже нечеловеческая стихийность иных миров измеряется целесообразностью человеческого мира, является стихийностью лишь относительно социальной формы движения и как относительная стихийность очерчивает абсолютность человеческого мира.
Концепция множественности возможных миров предполагает, таким образом, уникальность известной нам вселенной, репрезентирующей Универсум. А сам Универсум оказывается связанным со способностью нашего мира выступать базисом тотальности или универсальности явлений и очерчивать тем самым относительные проекции других миров на этот базис.
Абстрактно Универсум можно было бы представить как один абсолютный мир. Но тогда универсальность из состояния развития всего сущего, раскрывающегося через актуализацию Универсума в выделенной, всеобщей системе бытия и через потенциализацию других систем (их проекцию иа выделенный мир), превратилась бы в застывшее, отлитое в формах вечности, атрибутивное свойство: развитие “всего” (в его уникальной однотипности), если, разумеется, не допускать “конечных” причин, стремления к какому-то верховному, высшему состоянию сущего, сводится в конечном итоге к круговороту бытия.
Соответственно вне процессуальных проявлений Универсума через актуализацию выделенного мира и потенциализапию возможных миров оп превратился бы в безразличную тотальность, в которой бы стирались все различия положительных и отрицательных условий абсолютности бытия в его границах и безграничности, мерности и безмерности, стихийности и гармоничности, причинности и целесообразности, объективности и субъективности, прототипной и репрезентативной (проективной) заданности сущего.
Вот почему идея множественности возможных миров, диалектически утверждая абсолютность человеческого мира, не ведет к крайностям линейного эволюционизма, под углом зрения которого человек превращается в самую верхнюю “перекладину” “лестницы бытия”, то есть приобретает абсолютный статус структурно-иерархически, по пространственному “месту”, а не по значению, вне процессов актуализации и потенциализации целесообразной материи. Человек не может создать альтернативный себе тпп существования (не уничтожив своей цивилизации), но он может создавать приборы или, более широко, — духовно-практические основания изучения даже отрицательных условий человеческого бытия. В этом отношении человеческий мир является системой отсчета Универсума, то есть не природным, а культурным горизонтом бытия.
В тех своих аспектах, в каких Универсум выходит за границы человеческого мира, оп оказывается сферой потенциального бытия, опять-таки относительно этого мира, то есть выступает для нас в виде относительных проекций возможно сущего. В силу подобной проективности потенций развития материи за пределами человеческого мира вселенная выступает в предикатах наблюдения так, как будто бы она приспособлена для человека. Так, с точки зрения релятивистской механики возможны космологические условия, при которых осуществляется циклическое время, то есть время, которое протекает не линейно, но периодически замыкается (в топологическом смысле). Однако диапазон таких временных циклов значительно больше радиуса эйнштейновской вселенной, то есть превышает не только масштабы человеческой истории, по даже само существование наблюдаемого мира от момента его расширения. Благодаря этому не возникает причинных парадоксов воздействия будущего на прошлое, то есть в пределах человеческого мира линейная детерминация по “стреле времени” не нарушается. В результате природа как бы подпадает под ту же топологию причинно-временной организации событий, что и человеческая история.
В силу подобных обстоятельств структура наблюдаемой вселенной не позволяет человеку “видеть свой собственный затылок”, то есть наблюдать свет от нашей галактики, обогнувший по замкнутой геодезической линии мир. Ведь для того, чтобы пройти лишь половину замкнутого пространства эйнштейновской вселенной, свету потребовалось бы время, сравнимое с периодом существования Метагалактики.
Соответствует условиям существования человека и размерность физического пространства наблюдаемой вселенной. Так, анализ устойчивости систем двух тел при произвольном числе измерений пространства, который был проведен еще П. Эренфестом, показал, что при числе измерений пространства меньше трех реализуются лишь финитные движения и в силу этого маловероятны процессы образования сложных форм материи. А в пространствах с большим, нежели трехмерное, числом измерений устойчивые связанные состояния отсутствуют, и поэтому не могут существовать аналоги планетных систем или сложных органических соединений. Наше трехмерное физическое пространство является, таким образом, выделенным, поскольку в нем оказываются возможными устойчивые финитные и инфинитные движения и связанные с ними условия формирования высших форм организации материи вплоть до человека.
Соответствует условиям, необходимым для появления жизни во всех ее формах, и масштаб наблюдаемой вселенной. По крайней мере, астрономическая вселенная настолько велика, что располагает всеми ресурсами пространства и времени, необходимыми для формирования галактик, звезд и планет как космических предпосылок органической эволюции. Ее параметры отвечают тем свойствам больших систем, которые повышают вероятность флуктуаций, связанных с нарушением возрастания энтропии и, следовательно, с самой возможностью жизни.
Необходимо также учитывать и то обстоятельство, что “Вселенная меньшего размера, чем наша, существовала бы,— как подчеркивает Дж. Уилер,— меньшее время и не давала бы возможность протекать термоядерному синтезу, необходимому для создания тяжелых элементов, жизни и познаваемости Вселенной”. Ноосфера, или сфера культурно-исторической деятельности человека, предполагает для своего возникновения и развития масштабы всей вселенной.
Гравитационный коллапс и антигравитационный взрыв
Гравитационный коллапс — катастрофически быстрое сжатие звезды под действием собственных сил тяготения. [4] При массе более 1,4 массы Солнца стационарное состояние звезды без внутренних источников энергии становится невозможным, так как давление не может уравновесить силу тяготения. В таких звездах начинается гравитационный коллапс — неограниченное падение вещества к центру. В случае, когда внутреннее давление и другие причины все же останавливают коллапс, происходит мощный взрыв — вспышка сверхновой с выбросом значительной части вещества звезды в окружающее пространство с образованием газовых туманностей. [4]
Но если масса умирающей звезды более чем в 3 раза превышает массу Солнца, то уже ничто не может предотвратить гравитационный коллапс, такая звезда как бы взрывается внутрь, неизбежно превращаясь в черную дыру.
Современные проблемы астрофизики
- 1. Космическая проблема. Основные проблемы в космологии состоят в выборе модели развития Вселенной (открытой с неограниченным космологическим расширением или закрытой, в которой первоначальное расширение из сверхплотного состояния сменится последующим сжатием) и в выяснении сценария первоначального расширения Вселенной после момента Большого Взрыва.
Современный темп расширения Вселенной определяется так называемой постоянной Хаббла H=50 -100(км/c)/Мпк. Вследствие космологического расширения любые два объекта, находящиеся на расстоянии r , удаляются друг от друга со скоростью v=Hr (эта формула справедлива лишь для нерелятивистских скоростей v≪c, где c – скорость света). Динамика расширения объектов, удаленных от нас на некоторое расстояние r, определяется гравитационным воздействием со стороны вещества, находящегося внутри сферы радиуса r. Поскольку, согласно данным астрономических наблюдений, распределение вещества на больших масштабах весьма однородно, то можно считать его плотность ρ постоянной. Соответствующее гравитационное ускорение
gr =4π/3 r 2 G/ρ , (1)
а вторая космическая скорость
vr = [8πρGr 2/3]1/2 , (2)
где G – гравитационная постоянная.
Независимо от схемы эволюции считается, что справедлива так называемая модель горячей Вселенной, когда температура T и плотность вещества на начальных стадиях расширения были велики. Первичное вещество было полностью ионизовано, и длина свободного пробега излучения в это время была мала по сравнению с характерным размером Вселенной. Вследствие этого вещество и излучение находились в состоянии термодинамического равновесия, при котором спектр излучения описывается формулой Планка. По мере расширения температура вещества и излучения уменьшалась, и примерно через миллион лет после Большого Взрыва при T≈ 5·103 К началась рекомбинация ионов и электронов с образованием нейтральных атомов. Так как нейтральное вещество взаимодействует с излучением гораздо слабее, чем полностью ионизованное, длина пробега квантов этого реликтового (остаточного) излучения превысила размеры Вселенной.
Начиная с эпохи рекомбинации реликтовое излучение и вещество эволюционируют независимо. Эффект Доплера в расширяющейся Вселенной приводит к уменьшению наблюдаемой частоты реликтового излучения и соответственно температуры, определяющей форму его спектра. В настоящее время температура реликтового излучения составляет 2,7 К и наблюдается оно в виде радиоволн сантиметрового и миллиметрового диапазонов. Реликтовое излучение – единственный прямой источник информации о структуре Вселенной в эпоху рекомбинации, 10-12 млрд. лет назад. Степень его изотропии однозначно связана со степенью однородности вещества в эпоху рекомбинации.
Наблюдаемую в современную эпоху чрезвычайно высокую степень изотропии реликтового излучения можно объяснить лишь в рамках инфляционной (раздувающейся) модели ранней Вселенной, когда считается, что первоначальное расширение происходило по экспоненциальному закону r∝eH t .
Во время инфляционной стадии была подавлена гравитационная неустойчивость, приводящая к формированию неоднородностей, а также сглаживались первичные неоднородности, если таковые существовали.
- 2. Космические гамма-всплески относятся к наиболее загадочным астрономическим явлениям, открытым в последние 25 лет, и до сих пор вызывают оживленный интерес ученых. Гамма-всплески были открыты случайно американскими спутниками серии VЕLA, предназначенными для обнаружения наземных ядерных взрывов. К настоящему времени различными космическими аппаратами зарегистрировано около 1500 всплесков. Они представляют собой импульсы гамма-излучения (энергии квантов от нескольких десятков килоэлектронвольт до нескольких мегаэлектронвольт) длительностью от десятков миллисекунд до нескольких минут. Распределение гамма-всплесков по длительности имеет четкий максимум на 10-20 с и менее выраженный на 0,2 с.
Временные истории всплесков отличаются чрезвычайным разнообразием. Весьма упрощенно всплески можно разделить на две большие группы: всплески относительно простой формы с плавным профилем (иногда состоящие всего из одного простого импульса) и события со сложной временной структурой. Иногда отдельные пики в пределах всплеска следуют почти периодически, хотя строго регулярная периодичность, за единичными исключениями, в профилях всплесков отсутствует. Интенсивность излучения во время гамма-всплеска может сильно и быстро меняться. Минимальное время переменности излучения всплесков составляет Δt ≤ 0,2 мс, что соответствует максимальному размеру излучающего объекта Δr ≤ c Δt ≈ 60 км. Эта оценка показывает, что источниками всплесков могут быть лишь компактные объекты (например, черные дыры или нейтронные звезды). Наблюдаемое разнообразие длительностей и профилей всплесков указывает на разнообразие природы их источников и механизмов генерации.
Гамма-всплески наблюдаются довольно часто, в среднем один раз в 20-30 часов, однако заранее невозможно узнать, когда и в какой точке небосвода всплеск произойдет в следующий раз. За исключением трех случаев, пока не удалось увидеть повторные всплески из одного и того же места на небесной сфере. Поэтому исследовать гамма-всплески телескопами с узким полем зрения нерационально: слишком мала вероятность, что следующий всплеск произойдет именно в том небольшом участке небесной сферы, на который в данный момент времени направлен телескоп. Для регистрации гамма-всплесков обычно используются детекторы с полусферическим обзором без каких-либо фокусирующих или направляющих элементов; их чувствительность пропорциональна sd sin θ , где sd – площадь входного окна детектора, а θ – угол между его плоскостью и направлением на источник. Если разместить на космическом аппарате несколько таких приборов, ориентированных в разных направлениях, то можно оценить местоположение источника всплеска на небесной сфере, сравнивая уровень сигнала в тех детекторах, которые этот всплеск фиксируют.
При этом точность определения угловых координат ограничивается статистическими флуктуациями потока гамма-квантов и обычно составляет 1º-5º.
Такой метод был использован в конце 70-х – начале 80-х годов в экспериментах КОНУС на советских межпланетных станциях ВЕНЕРА-11, 12, 13 и 14, где всплесковый комплекс состоял из 6 детекторов, расположенных по осям прямоугольной системы координат.
В настоящее время подобная схема реализована и в эксперименте BATSE на американской орбитальной гамма-обсерватории GRO, где наблюдение всплесков ведется восемью детекторами, плоскости которых ориентированы параллельно граням правильного восьмигранника. В последнем случае каждая точка неба осматривается четырьмя детекторами.
Более точное определение угловых координат источников всплесков может дать их одновременное наблюдение несколькими (не менее чем тремя) космическими аппаратами, находящимися на большом (например, межпланетном) расстоянии друг от друга. Если известны моменты начала всплеска на каждом из космических аппаратов, то по разности этих времен можно определить направление на источник. Точность данного метода триангуляции повышается при увеличении расстояния между космическими аппаратами и их числа, а также при уменьшении времени нарастания излучения всплеска (всплеск с крутым передним фронтом можно локализовать точнее). В наиболее благоприятных случаях метод триангуляции позволяет определить координаты всплеска с точностью до 10″-20″.
Дальнейшую информацию о расположении источников всплесков можно получить двумя способами. Можно попытаться обнаружить источники всплесков в "спокойном" состоянии, то есть зарегистрировать в каком-либо диапазоне длин волн излучения от того объекта, который время от времени (или раз в жизни) генерирует вспышку гамма-излучения. Однако многочисленные попытки идентифицировать гамма-всплески со стационарно излучающими объектами в радио-, инфракрасном, оптическом, рентгеновском и гамма-диапазоне не увенчались успехом. Другой способ – определить расстояние до источников, сравнивая истинную и видимую светимость всплесков, – также использовать невозможно, поскольку неизвестна истинная светимость. В звездной астрономии этот замкнутый круг обычно преодолевают, предполагая, что звезды с одинаковыми спектрами должны иметь близкую по величине светимость. Косвенные методы определения пространственного распределения всплесков также основаны на этом предположении. К анализу спектров гамма-всплесков мы вернемся несколько позже. Здесь лишь заметим, что в отличие от оптических звездных спектров, богатых многочисленными деталями (линии и полосы в поглощении и излучении, скачки и т. д.), гамма-спектры всплесков мало информативны. Поэтому по сравнению со звездной астрономией предположение об одинаковой светимости гамма-всплесков гораздо менее обоснованно и используется за неимением лучшего.
Энергетические спектры гамма-всплесков, то есть распределение гамма-фотонов по энергиям, дают существенно более однородную картину в сравнении с их временной структурой. Спектры всплесков характеризуются сильной и быстрой переменностью. Непрерывные спектры могут простираться от нескольких килоэлектронвольт до десятков мегаэлектронвольт. Спектры, измеренные в различных фазах всплеска, как правило, сильно различаются. При этом жесткость спектра – отношение числа высокоэнергичных фотонов к числу низкоэнергичных – может меняться в течение всплеска так же быстро, как и интенсивность излучения. Непрерывные спектры всплесков можно с одинаковой степенью достоверности объяснить различными механизмами излучения. Вклад в наблюдаемое излучение могут давать области с различными (и неизвестными) физическими параметрами (температурой, плотностью, магнитным полем и т. д.). Гораздо более информативными могли бы быть различные особенности спектров. Известны три типа особенностей, которые регистрировались в спектрах некоторых всплесков.
- 3. Поиск черных дыр и "микроквазары" в нашей Галактике. Черная дыра – тело массы M , для которого не существует гидростатически равновесных конфигураций с размером больше гравитационного радиуса Rg=2GM / c . Черные дыры с массой свыше примерно 3Mʘ – теоретический предел массы холодного тела, при превышении которого коллапс (сжатие) в черную дыру неизбежен, – представляют собой конечные стадии эволюции наиболее массивных звезд. Менее массивные – так называемые "первичные" черные дыры – могут возникать на первых стадиях космологического расширения. Наконец сверхмассивные черные дыры (с массами в миллиарды солнечных) могут формироваться в центрах галактик в результате слияния звезд при их столкновениях в галактических ядрах. Черные дыры можно обнаружить либо кинематически по движению небесных тел в их гравитационном поле, либо по их излучению.
Возможность существования сверхмассивных черных дыр в центрах галактик можно проверить, изучая движение вокруг них звезд и межзвездного вещества. Проблема поиска реально существующих черных дыр звездной массы сводится прежде всего к отысканию компактных объектов в двойных системах с массой M < 3Mʘ.
Собственное излучение черной дыры имеет равновесный спектр и обусловлено квантовым эффектом ее "испарения". Для черных дыр звездной массы и более массивных температура собственного излучения весьма мала. Излучение в их ближайшей окрестности генерируется в основном за счет аккреции (захвата) вещества из межзвездной среды или со звезды-компаньона в двойной системе. Как показывают расчеты, эффективность энерговыделения при аккреции на черную дыру может доходить до 0,3 от энергии покоя аккрецируемого вещества.
Список литературы
- 1. Балашов Л. Е. Философия: Учебник, 2004.
- 2. Введение в философию: Учебное пособие вузов / Авт. колл.: Фролов И. Т. и др., 2003.
- 3. Демидов А. Б. Философия и методология науки: Курс лекций. — Витебск: Издательство УО «ВГУ им. П. М. Машерова», 2006.
- 4. Найдыш В.М. Концепции современного естествознания: Учебник. — Изд. 2-е, перераб. и доп. – М.: Альфа-М; ИНФРА-М, 2004.
- 5. Хорошавина С. Г. Курс лекций «Концепции современного естествознания», (серия « Учебники», «Учебные пособия»), Ростов н/Д: «Феникс», 2000
