Время и современная физика - Зайцева Г.А.
Скачать (прямая ссылка):
1 В современной планетной космогонии большую роль играют представления об образовании планет из мелких твердых частиц планетезималей) или из газовых струй, выброшенных молодым Солнцем. — Прим. ред.
88
Применение этого метода к другим планетам Солнечной системы пока невозможно, но, несомненно, будет осуществлено, когда начнутся полеты на Луну, Венеру, Марс, а позднее и на другие планеты и их спутники. Кроме того, известно, что Солнечная система содержит большое количество пыли и камней всех размеров, именуемых метеоритами. Некоторые из них сталкиваются с Землей и достигают ее поверхности. Измерение содержания в них радиоактивных элементов и свинца приводит к выводу, что возраст их равен 4,5—5 миллиардам лет.
Возраст Солнца может быть определен совсем другим способом. Зная его массу и начальный химический состав, можно рассчитать, каким образом происходило его развитие и, в частности, как меняется его светимость с течением времени. Светимость Солнца в настоящее время указывает, что его возраст равен приблизительно 5 миллиардам лет. Этот подсчет из-за своей сложности был произведен лишь недавно благодаря развитию теоретической астрономии и совершенствованию электронных вычислительных машин. Подобный способ вычисления имеет один недостаток: начальный состав Солнца в точности не известен. Поэтому возраст определяется лишь приблизительно. Все указанные выше возрасты совпадают между собой, а это дает возможность с большой степенью достоверности установить, что возраст Солнечной системы близок к 5 миллиардам лет.
Теперь перейдем к Галактике в целом. Она, вероятно, образовалась в результате сжатия газа аналогично возникновению Солнечной системы, но в совершенно ином масштабе — начальное газовое облако было в миллиарды раз больше. Сжатие длилось около ста миллионов лет, что составляет еще очень небольшую долю прошедшего затем времени. Поэтому момент сжатия может служить достаточно точным отправным пунктом для установления возраста Галактики.
Сжатие сопровождалось сплющиванием, так что в конце концов Галактика приняла форму диска, которую она сохраняет до настоящего времени. Сейчас наблюдаются небесные тела, хотя и составляющие часть Галактики, но лежащие вне ее диска: это группы удаленных звезд, названные шаровыми скоплениями. Предполагается, что эти скопления образовались в самом начале возникновения Галактики, перед ее сплющиванием. Таким
89
образом, они являются прекрасными указателями возраста Галактики.
Для определения возраста шарового скопления используется та же теория развития звезд, что и для Солнца. В данном случае задача даже более проста, так как наблюдается не одна, а огромное число звезд, которые имеют одинаковый возраст и начальный химический состав и различаются лишь по массам. И все же оценки еще недостаточно точны в основном из-за несовершенства теории, а также из-за того, что расстояние до шаровых скоплений, являющееся основой расчетов, плохо известно. В результате установлено, что возраст Галактики лежит в пределах от 10 до 15 миллиардов лет.
Другой, менее точный способ основан на том факте, что звезды непрерывно образуются в диске из имеющегося там газа. Скорость этого процесса приблизительно известна, причем можно подсчитать оставшееся количество газа. Простой расчет показывает, что возраст галактического диска лежит в пределах от 5 до 12 миллиардов лет.
Еще один способ снова возвращает нас к радиоактивным элементам, хотя принцип здесь совершенно иной. Существуют два изотопа урана: уран-235 и уран-238, периоды полураспада которых различны. Для первого из них период полураспада равен 710 миллионам лет, для второго 4,5 миллиарда лет, то есть один из них распадается быстрее, чем другой. Следовательно, соотношения этих изотопов меняются во всей Галактике с течением времени. Можно подсчитать их начальное соотношение, так как эти два изотопа возникли одновременно в результате цепной ядерной реакции внутри первых звезд. После взрыва звезд уран рассеялся по всей Галактике1, Найденный таким образом возраст оценивается приблизительно в 15 миллиардов лет.
Поскольку различные независимые друг от друга способы дают сравнимые результаты, полученные цифры должны внушать доверие. Возьмем нечто среднее и будем считать окончательно, что нашей Галактике примерно 12 миллиардов лет. Таким образом, Солнечная система, возраст которой не превышает 5 миллиардов лет, появи-
1 Это крайне примитивное изложение современных взглядов на происхождение химических элементов. — Прим. ред.
90
лась не в момент образования Галактики, а значительно позднее. В этом нет ничего удивительного, так как известно, что звезды в Галактике образовывались непрерывно и продолжают возникать в настоящее время. С этой точки зрения Солнце представляется обыкновенной звездой, которая по отношению к другим звездам не является ни очень молодой, ни очень старой.
Рассмотрим, наконец, Вселенную в целом или по крайней мере ту ее часть, которую мы наблюдаем. Насколько можно видеть, она состоит из галактик, беспорядочно расположенных либо группами, либо в одиночку. Многие очень похожи на нашу Галактику. Детальное их изучение, вообще говоря, попросту невозможно по причине очень большой удаленности. Тем не менее их возраст определяют благодаря явлению старения галактик — по мере того как галактика стареет, ее светимость ослабевает, а цвет приближается к красному концу спектра *. Но этот способ не является достаточно точным. Возраст, полученный таким образом, сравним с возрастом нашей Галактики. В частности, считается, что значительно более старых галактик не существует.
