Одной из самых сложных проблем физики является определение возраста Вселенной: всегда ли она существовала или же она возникла в определенный момент времени?
Поскольку эта космологическая тема уже была рассмотрена в одной из моих предыдущих книг («Миры и антимиры»), я не буду касаться ее здесь. Давайте лучше рассмотрим совокупность проблем совершенно иного характера — а именно, как наша часть Вселенной приобрела свою современную структуру. Если мы предположим, что одно время наша часть пространства содержала определенное количество материи, то возникает вопрос: каким образом эта материя приняла вид галактик? И почему часть вещества в пределах нашей Галактики существует в форме сильно разреженных газов, заполняющих большую часть Галактики, в то время как остальная часть материи сгустилась в звезды? Наконец, почему по крайней мере одна из этих звезд, которую мы называем Солнце, окружена планетами, среди которых находится и Земля?
С комплексами проблем такого рода преимущественно и имеет дело естественная наука. Нам довольно хорошо известно современное положение вещей; мы допускаем, что здесь применимы обычные естественные законы, и это предположение кажется вполне разумным. Мы пытаемся восстановить отправную точку, о которой мы можем строить до некоторой степени разумные предположения, и мы пытаемся как можно подробнее уяснить, как происходил этот процесс. Общий характер этой проблемы подобен проблеме происхождения и развития жизни, которая рассматривалось выше: мы знаем о современном биологическом состоянии, об органической жизни на Земле, о законах биологического развития; и мы в состоянии сделать определенные общие предположения о первоначальных условиях, т. е. о возможных химических процессах, которые происходили на Земле до появления жизни.
Из всех сил природы, которые способствовали созданию мира в его современной форме, наиболее важной явилась сила притяжения, гравитация. Всякое тело притягивает любое другое тело, но сила притяжения быстро уменьшается с увеличением расстояния между этими телами. Сила притяжения способствует сцеплению материи. Если по той или иной причине в пространстве оказывается большое облако разреженного газа, то под влиянием силы притяжения вещество собирается в центре. Все вещество облака могло бы быстро сконцентрироваться в гигантскую массу, если бы этому не мешало тепло, выделяемое в процессе концентрации. Процесс зависит и от того, сыграет ли антивещество свою решающую роль. Если концентрация, происходящая под влиянием силы притяжения, происходит в сравнительно малом объеме пространства, то может образоваться звезда. Если эта звезда достаточно велика, то исходящая из нее радиация может вызвать отталкивающую силу, не позволяющую остальному газу приблизиться к звезде.
Если в нескольких различных частях первоначального облака появляются районы с плотностью, превышающей плотность окружающей их среды, может образоваться несколько местных центров конденсации, т. е. вещество преобразуется в несколько различных тел. Эти тела притягиваются друг к другу, но не обязательно объединяются в одно громадное тело. Вместо этого, как правило, они начинают вращаться вокруг друг друга, и центробежная сила этого движения противодействует силе притяжения, ведущей к дальнейшей концентрации. Можно предположить, что звездная система, подобная галактике, сформировалась именно таким образом.
Как уже упомянули, классическая механика — это наука о движении тел, и всеобщее тяготение является одной из самых важных сил во всех таких движениях. Обладая знанием классической механики, мы можем понять, по крайней мере в основных чертах, как возникли звезды и звездные системы
Мы знаем, что, по существу, они являются продуктами силы притяжения и противодействующих ей выделения тепла и центробежной силы. Если мы допустим, что первоначально вещество во Вселенной или в ее большей части существовало в виде сильно разреженного газа, то вполне правомерно полагать, что со сцеплением газа произошло его сгущение, таким образом образовывая галактики. Внутри галактик происходило дальнейшее сгущение, в результате чего образовались звезды.
Но для более точного и глубокого понимания процесса образования звезд и звездных систем мы не должны ограничиваться знанием лишь классической механики, а должны заглянуть и в другие области физики, включая ядерную физику.
Огромная энергия, излучаемая звездами, образуется в результате ядерных процессов, происходящих внутри звезд. Те же силы, которые высвобождаются при взрыве водородной бомбы, образуют внутри звезды энергию, позволяющую ей излучать свет и тепло в течение миллионов и миллиардов лет. Поэтому знание ядерной физики жизненно необходимо для понимания развития Вселенной.
Ядерная физика также может помочь нам ответить на увлекательнейший вопрос о происхождении различных элементов. Вполне возможно, что когда-то элементы синтезировались из протонов и нейтронов, и сейчас существует много догадок о том, когда, как и где происходил этот синтез. Может быть, он был результатом гигантских звездных взрывов (образование сверхновых звезд), которые мы время от времени наблюдаем, или, возможно, синтез происходил на ранней стадии развития Вселенной.