Ж. Леметр та його теорія Великого вибуху (до 80-річчя створення)

Вперше в українській науковій літературі розкрито біографію та науковий доробок бельгійського космолога, автора теорії Первинного атома Жоржа Леметра (1894—1966). Детально розглянуто праці А.Ейнштейна, В. де Сіттера, О.О.Фрідмана, Ж.Леметра та показано передумови створення теорії Великого вибуху. Пр...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2011
Автор:	Колтачихіна, О.Ю.
Формат:	Стаття
Мова:	Ukrainian
Опубліковано:	Центр досліджень науково-технічного потенціалу та історії науки ім. Г.М. Доброва НАН України 2011
Назва видання:	Наука та наукознавство
Теми:	Історія науки
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/49271
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Ж. Леметр та його теорія Великого вибуху (до 80-річчя створення) / О.Ю. Колтачихіна // Наука та наукознавство. — 2011. — № 2. — С. 143-155. — Бібліогр.: 30 назв. — укр.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-49271
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-492712013-09-15T03:07:22Z Ж. Леметр та його теорія Великого вибуху (до 80-річчя створення) Колтачихіна, О.Ю. Історія науки Вперше в українській науковій літературі розкрито біографію та науковий доробок бельгійського космолога, автора теорії Первинного атома Жоржа Леметра (1894—1966). Детально розглянуто праці А.Ейнштейна, В. де Сіттера, О.О.Фрідмана, Ж.Леметра та показано передумови створення теорії Великого вибуху. Проаналізовано роботи К.Віртца, К.Лундмарка, Е.Хаббла, Ж.Леметра та висвітлено пріоритет останнього в ідентифікації явища розбігу галактик з розширенням Всесвіту. Показано внесок Ж.Леметра в космологію. Впервые в украинской научной литературе раскрыты биография и научный вклад бельгийского космолога, автора идеи Первоатома Жоржа Лемэтра (1894—1966). Детально рассмотрены работы А.Эйнштейна, В. де Ситтера, А.А. Фридмана, Ж.Лемэтра и показаны предпосылки создания теории Большого взрыва. Проанализированы работы К. Виртца, К. Лундмарка, Э. Хаббла, Ж. Лемэтра и освещен приоритет последнего в идентификации явления разбегания галактик с расширением Вселенной. Показан вклад Ж. Лемэтра в космологию. The biography and the scientific contribution of Georges Lemaîtr (1894—1966), a Belgian cosmologist, the author of the theory of a primary atom, is shown in the Ukrainian language literature for the first time. Detailed analysis of works by A. Einstein, W. de Sitter, O.Fridman, G. Lemaître is made to show factors behind the creation of Big Bang theory. Works by A. Wiertz, J. Lundmark, E. Hubble, G. Lemaître are analyzed to show the latter’s priority in identification of the event of receding galaxies along with the expanding universe. G. Lemaître’s contribution to the cosmology is shown. 2011 Article Ж. Леметр та його теорія Великого вибуху (до 80-річчя створення) / О.Ю. Колтачихіна // Наука та наукознавство. — 2011. — № 2. — С. 143-155. — Бібліогр.: 30 назв. — укр. 0374-3896 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/49271 uk Наука та наукознавство Центр досліджень науково-технічного потенціалу та історії науки ім. Г.М. Доброва НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Ukrainian
topic	Історія науки Історія науки
spellingShingle	Історія науки Історія науки Колтачихіна, О.Ю. Ж. Леметр та його теорія Великого вибуху (до 80-річчя створення) Наука та наукознавство
description	Вперше в українській науковій літературі розкрито біографію та науковий доробок бельгійського космолога, автора теорії Первинного атома Жоржа Леметра (1894—1966). Детально розглянуто праці А.Ейнштейна, В. де Сіттера, О.О.Фрідмана, Ж.Леметра та показано передумови створення теорії Великого вибуху. Проаналізовано роботи К.Віртца, К.Лундмарка, Е.Хаббла, Ж.Леметра та висвітлено пріоритет останнього в ідентифікації явища розбігу галактик з розширенням Всесвіту. Показано внесок Ж.Леметра в космологію.
format	Article
author	Колтачихіна, О.Ю.
author_facet	Колтачихіна, О.Ю.
author_sort	Колтачихіна, О.Ю.
title	Ж. Леметр та його теорія Великого вибуху (до 80-річчя створення)
title_short	Ж. Леметр та його теорія Великого вибуху (до 80-річчя створення)
title_full	Ж. Леметр та його теорія Великого вибуху (до 80-річчя створення)
title_fullStr	Ж. Леметр та його теорія Великого вибуху (до 80-річчя створення)
title_full_unstemmed	Ж. Леметр та його теорія Великого вибуху (до 80-річчя створення)
title_sort	ж. леметр та його теорія великого вибуху (до 80-річчя створення)
publisher	Центр досліджень науково-технічного потенціалу та історії науки ім. Г.М. Доброва НАН України
publishDate	2011
topic_facet	Історія науки
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/49271
citation_txt	Ж. Леметр та його теорія Великого вибуху (до 80-річчя створення) / О.Ю. Колтачихіна // Наука та наукознавство. — 2011. — № 2. — С. 143-155. — Бібліогр.: 30 назв. — укр.
series	Наука та наукознавство
work_keys_str_mv	AT koltačihínaoû žlemetrtajogoteoríâvelikogovibuhudo80ríččâstvorennâ
first_indexed	2025-07-04T10:16:30Z
last_indexed	2025-07-04T10:16:30Z
_version_	1836711088384638976
fulltext	Наука та наукознавство, 2011, № 2 143 22. Урядовий кур’єр. — 1999. — 24 лютого. 23. З роздумів В.Броннікова — колишнього директора ЗАЕС // Рабоча газета. — 1998. — 25 ли- стопада. 24. Вечірній Київ. — 1998. — 22 травня; День. — 1998. — 3 червня. 25. «Полураспад Чернобыля» [Передрук з московської «Общей газеты» з коментарем В.Щербини] // «Телепень», Славутич. — 2001. — № 19. Одержано 27.05.2011 Н.П.Барановская Общественный аспект проблем атомной энергетики через призму событий на Чернобыльской АЭС (К 25-й годовщине аварии) В статье на примере предаварийных и послеаварийных событий на Чернобыльской АЭС обобщены проблемы атомной энергетики, делающие ее опасной для окружающей среды и общества, а именно проб- лемы несовершенства проектов новых АЭС и конструкции их реакторов, ядерной и радиационной безо- пасности, выбора площадки для строительства и его качества, кадрового обеспечения, обращения с на- копленными и будущими радиоактивными отходами. Показана лишь незначительную часть последствий Чернобыльской катастрофы, которые становятся типичными в свете событий на АЭС Японии. Жорж Леметр — бельгійський ма- тематик та космолог, релігійний діяч [1—4; 5, с.637; 6]. Народився 17 липня 1894 р. у м. Шарлеруа в Бельгії. Піс- ля навчання гуманітарним наукам в єзуїтській школі Коллеж де Сакр-Кур (Шарлеруа) Ж. Леметр у віці 17 років вступив до світської інженерної шко- ли Католицького університету Лувену. У 1914 р. з початком першої світової війни він перервав навчання і пішов добровольцем у бельгійську армію. За © О.Ю. Колтачихіна, 2011 О.Ю.Колтачихіна Ж.Леметр та його теорія Великого вибуху (до 80-річчя створення) Вперше в українській науковій літературі розкрито біографію та науковий доробок бельгійського космолога, автора теорії Первинного атома Жоржа Леметра (1894—1966). Детально розглянуто праці А.Ейнштейна, В. де Сіттера, О.О.Фрідмана, Ж.Леметра та показано передумови створення теорії Великого вибуху. Проаналізовано роботи К.Віртца, К.Лундмарка, Е.Хаббла, Ж.Леметра та висвітлено пріоритет останнього в ідентифікації явища розбігу галактик з розширенням Всесвіту. Показано внесок Ж.Леметра в космологію. Зокрема, він отримав лінійний зв’язок між швидкістю розбігу галактик та відстанню до них (нині — закон Хаббла), передбачив ненульову космологічну сталу (підтверджено в 1998 р.), дав прообраз гамівського передбачення реліктового випромінювання (виявлено в 1965 р.). Вперше перекладено статтю Ж.Леметра «Початок Всесвіту з точки зору квантової теорії» 1931 р. (додаток), в якій він запропонував теорію Первинного атома. Цією працею започатковано теорію Великого вибуху. О.Ю. Колтачихіна Science and Science of Science, 2011, № 2144 участь у бойових діях Ж.Леметра було нагороджено воєнним хрестом. Після війни він продовжив навчання в галузі фізики та математики і почав готувати- ся до прийняття священства. У 1920 р. отримав ступінь доктора з математики за дисертацію «Апроксимація функцій декількох дійсних змінних», яку на- писав під керівництвом бельгійсько- го математика Ш. де Валлі-Пуссіна. У 1923 р. Ж. Леметр вступив до аспі- рантури з астрономії Кембриджського університету, де пробув рік у Домі св. Едмунда (нині Коледж св. Едмунда). У Кембриджі Ж. Леметр вивчив за- гальну теорію відносності Ейнштей- на, працював разом з А. Еддінгтоном, який «ввів» його до космології, зоряної астрономії та чисельного аналізу. На- ступний рік Ж.Леметр провів в обсер- ваторії Гарвард-коледжу в Кембриджі у Х. Шеплі та Массачусетському тех- нологічному інституті, де отримав сту- пінь доктора наук з фізики [7]. У 1925 р. Ж. Леметр повернувся до Бельгії вже сформованим ученим і зайняв посаду лектора Католицького університету Лувену. Космологічні дослідження Ж. Ле- метра із самого початку були орієнто- вані на фізичну реальність, зв’язок з астрономічними даними та нещодавно створену загальну теорію відносності Ейнштейна. У теорії Ейнштейна рух відбувається у викривленому просторі- часі по так званій геодезичній лінії. Встановленням загальноковаріантних рівнянь тяжіння 4 1 8 2ik ik ik GR g R T c π − = А.Ейнштейн визначив геометрію прос- тору—часу. Рівняння Ейнштейна по- казує зв’язок між метричним тензо- ром, який характеризує геометрію простору-часу, з величинами, що ха- рактеризують матерію. Загальна теорія відносності об’єднала теорію простору і часу з теорією тяжіння. Для перевірки теорії А. Ейнштейн запропонував три ефекти: викривлення світлового про- меня в полі тяжіння Сонця, зміщення з часом перигелію Меркурія та граві- таційне червоне зміщення. Згодом всі три ефекти було підтверджено експе- риментально [8, т.1, с. 452—504]. У 1917 р. А. Ейнштейн, застосу- вавши загальну теорію відносності до Всесвіту як цілого, запропонував пер- шу релятивістську модель Всесвіту, за- початкувавши тим самим релятивіст- ську космологію. У статті «Про прин- цип відносності та його наслідки» [8, т.1, с.601—611; 9] А.Ейнштейн дійшов висновку, що «ньютонівський Всесвіт взагалі не міг би існувати», і модифіку- вав теорію Ньютона, створивши свою модель Всесвіту. Будуючи космологіч- ну модель Всесвіту, що ґрунтувалася на загальній теорії відносності, А. Ейн- штейн також розглянув деякі існуючі Ж. Леметр Ж. ЛЕМЕТР ТА ЙОГО ТЕОРІЯ ВЕЛИКОГО ВИБУХУ (ДО 80-РІЧЧЯ СТВОРЕННЯ) Наука та наукознавство, 2011, № 2 145 загальні точки зору на Всесвіт. На- самперед він дотримувався того, що структура Всесвіту повинна бути мак- симально простою, зокрема вважав, що Всесвіт як єдине ціле повинен бути однорідним (розподіл речовини в ньо- му скрізь однаковий за густиною). «Як- що говорити про структуру простору в цілому, то ми можемо уявити матерію нібито рівномірно розподіленою по дуже великій області простору... У даному ви- падку ми робимо так, як геодезисти, які дуже складну в деталях поверхню Землі замінюють приблизно еліпсоїдом», — писав він [8, т.1, с.608]. Простір, в яко- му вся речовина розподілена рівномір- но, має бути однорідним, тобто скрізь однаковим за своїми геометричними властивостями. А.Ейнштейн водночас вважав, що разом з однорідністю сві- ту існує його ізотропія, тобто рівно- правність усіх напрямків у просторі. Необхідно зазначити, що А.Ейнштейн у наведеній праці запропонував гіпоте- зу, за якою в світі поряд із звичайною речовиною, частинки якої взаємно притягуються, існує інше середовище, яке створює не притягання, а антипри- тягання. Математично це виражається введенням у рівняння загальної теорії відносності Λ -члена (космологічної сталої), внаслідок чого рівняння набу- ло вигляду: ikgikikik T c GRgR 4 8 2 1 π =Λ−− . Це середовище впливає на звичай- ну речовину і здатне компенсувати вза- ємне притягання його частинок. Всесвіт Ейнштейна являє собою тривимірний сферичний простір зі сталою позитивною кривиною і скін- ченим об’ємом: «Світовий континуум повинен у відношенні до своїх просторо- вих розмірів розглядатися як замкнений континуум, що має скінчений просторо- вий (тривимірний) об’єм», — писав він [8, т.1, с.605]. Його Всесвіт стаціонар- ний, незмінний і нескінченний у часі. Він може містити матерію, що розподі- лена однорідно і зі скінченим значен- ням густини. Принципово нова постановка і розв’язання космологічної проблеми в рамках загальної теорії відносності А.Ейнштейном зробили революційний переворот в уявленнях про Всесвіт. Його теорія повністю використовує фундаментальну ідею відносності всіх видів руху. Це приводить до розгляду фізичних законів у довільних системах просторово-часових координат і до форми цих законів, що не залежить від конкретного вибору цих координат; а також включає в розгляд ефект граві- таційної взаємодії. Загальна теорія відносності Ейн- штейна викликала гостру полеміку в науковому світі. Початок їй поклав В. де Сіттер, який у тому ж 1917 р. за- пропонував свою космологічну модель А. Ейнштейн О.Ю. Колтачихіна Science and Science of Science, 2011, № 2146 Всесвіту [10]. Його модель, як і модель Ейнштейна, задовольняла загальну теорію відносності. У ній простір був скінченим, мав позитивну кривину при середній густині, що дорівнювала нулю. Властивості простору в ній не змінюються з часом, але галактики роз- бігаються під дією додаткових космоло- гічних сил. Всесвіт де Сіттера — одно- рідний та ізотропний і з будь-якої точки «виглядає» однаково. Простір-час ви- значається як чотиривимірна поверхня в п’ятивимірному просторі й геометрія Всесвіту де Сіттера розглядається на сфері, зануреній у п’ятивимірний ев- клідовий простір. Метагалактика де Сіттера повинна бути абсолютно по- рожньою, тобто не містити речовини або випромінювання. У 1918 р. А. Ейнштейн розкритику- вав модель де Сіттера: «Якби розв’язок де Сіттера був би справедливим скрізь, то тим самим було б показано, що запрова- дження «Λ -члена» не досягає окресленої мною мети, — зазначив А. Ейнштейн. — Річ у тому, що, на мою думку, загальна теорія відносності тільки в тому випад- ку являє собою задовільну схему, коли на її основі фізичні властивості простору по- вністю визначаються тільки матерією. Таким чином, жодне поле, тобто жодний просторово-часовий континуум, не може існувати без матерії, що його породжує»» [8, т.1, с.648]. Першим, кому вдалося на основі рівнянь Ейнштейна одержати прин- ципово нові висновки про структуру Всесвіту, був О.О.Фрідман. Його до- слідження показали, що рівняння за- гальної теорії відносності Ейнштейна не дають однозначної моделі Всесвіту незалежно від значення космологіч- ної сталої, й відкрили можливість іс- нування нестаціонарного Всесвіту. У статті 1922 р. «Про кривину просто- ру» він знайшов новий космологічний розв’язок рівнянь загальної теорії від- носності й показав, що Всесвіт може бути нестаціонарним [11]. Для випадку нестаціонарного Всесвіту О.О.Фрідман проаналізував три можливі варіанти: монотонний світ першого роду (радіус кривини в початковий момент дорів- нює нулю), та монотонний світ другого роду (радіус кривини в початковий мо- мент не дорівнює нулю), для цих двох випадків радіус кривини — це функція, зростаюча в залежності від часу; третій випадок — періодичний світ (радіус кривини — періодична функція). На- прикінці статті О.О.Фрідман зазначив: «Дані, які ми маємо, недостатні для ви- рішення питання про те, яким світом є наш Всесвіт» [11, с. 386]. У 1924 р. О.О. Фрідман опублікував другу статтю — «Про можливість світу зі сталою від’ємною кривиною простору», де навів два розв’язки рівнянь Ейнштей- на, кожне з яких залежить від середньої густини матерії у Всесвіті [12]. Якщо се- В. де Сіттер Ж. ЛЕМЕТР ТА ЙОГО ТЕОРІЯ ВЕЛИКОГО ВИБУХУ (ДО 80-РІЧЧЯ СТВОРЕННЯ) Наука та наукознавство, 2011, № 2 147 редня густина менша або дорівнює де- якій величині, то остання може бути як нескінченною, так і скінченною, але роз- ширення її буде тривати постійно. Якщо середня густина більша за цю величину, то обов’язково одержимо замкнений Всесвіт, причому сили гравітації в цьо- му випадку повинні зрештою зупинити розширення Всесвіту і він почне стис- катися. Спектр розв’язків, отриманих О.О.Фрідманом, включав як стаціонар- ний випадок, так і нестаціонарний, що відповідає зміні в часі радіуса кривини простору. Для світу з від’ємною стаціо- нарною кривиною простору він знайшов нові розв’язки, які відповідали «нульовій або від’ємній густині речовини». А. Ейнштейн спочатку не визнав результатів О.О. Фрідмана: «Результа- ти відносно нестаціонарного світу, що наведені в згаданій праці, для мене підо- зрілі. У дійсності виявляється, що вка- заний в ній розв’язок не задовольняє рів- нянням поля ..., значення цієї статті в тому і є, що вона доводить цю сталість [радіуса світу в часі]» [8, т.2, с.118]. Ли- ше після того як Ю.О.Крутков передав А.Ейнштейну листа від О.О. Фрідмана з роз’ясненням викладок, А.Ейнштейн погодився з його результатами: «Я вва- жаю результати Фрідмана правильни- ми, що проливають нове світло. Виявля- ється, що рівняння поля допускають як статичні, так і динамічні (тобто змінні відносно часу) розв’язки для структури простору» [8, т.2, с. 119]. У такій ситуації в загальній теорії відносності та космології почав пра- цювати Ж.Леметр. У 1925 р. вийшла його стаття, присвячена вивченню статичної космологічної моделі В. де Сіттера [13]. Тут побудовано матема- тичну теорію, яка описує світ де Сіт- тера в системі відліку, що спирається на внесені в нього пробні частинки. «Спостережуваний» з цієї системи світ де Сіттера розширюється. Це прояв- ляється в тому, що відстані, виміряні в цій системі відліку, зростають з ча- сом. Відстань збільшується відповід- но до закону збільшення відстані між частинками, що віддаляються одна від одної. За Леметром )(tR ~ 0 0 T tt − , де )(tR — масштабний фактор, пропорційно до якого змінюються всі відстані; 0t и 0T — деякі константи [13, р. 188]. У леметрівській системі відліку ме- тричний тензор залежить від часу. Але це не означає, що модель де Сіттера повинна бути нестатичною, оскільки властивість статичності або нестатич- ності в космологічній моделі визнача- ється правилом: якщо існує хоча б одна система відліку, в якій метричний тен- зор не залежить від часу, модель є ста- О.О. Фрідман О.Ю. Колтачихіна Science and Science of Science, 2011, № 2148 тичною. У своїй статті Ж.Леметр пока- зав, що світ де Сіттера нестатичний та математично описав його властивості. Але при цьому він відхиляє даний ва- ріант космологічної моделі на основі вимоги про скінченність світу. У цій праці Ж.Леметр використовує два по- няття сучасної космології — «нестаці- онарність Всесвіту» та «віддалення спі- ральних галактик». У 1927 р. в статті «Однорідний Все- світ сталої маси і зростаючого радіусу, який пояснює радіальні швидкості по- загалактичних туманностей» Ж.Леметр висунув ідею розширення Всесвіту [14, 15]. Згідно з нею космологічна стала повинна бути дещо більшою за те зна- чення, при якому Всесвіт перебуває в стаціонарному стані. У цій моделі масштабний фактор зростає від нуля необмежено, але протягом деякого ча- су його значення змінюється несуттє- во, тобто відбувається ніби «застиган- ня». У статті Ж.Леметр розвинув власну лінію досліджень, але тепер аналізує не світ де Сіттера, а світ Ейнштейна: «Ба- жано знайти проміжний розв’язок, який би поєднав переваги обох розв’язків... роз- глянути Всесвіт Ейнштейна, в якому ра- діус простору або радіус Всесвіту міг би змінюватися довільним чином», — писав він [15, с. 483]. У результаті Ж.Леметр отримав такі рівняння для еволюції радіуса світу, як і російський фізик і математик О.О.Фрідман у статті 1922 р., але на той час праці останнього бу- ли йому невідомі. Про них він дізнався від А.Ейнштейна і вже в перекладі сво- єї статті на англійську в 1931 р. робить посилання на статтю О.О.Фрідмана. Свій вибір Ж.Леметр зупинив на моделі, в якій початковий стан — це світ Ейнштейна, а кінцевий — світ де Сіттера, обґрунтовуючи свій вибір тим, що інші космологічні моделі повинні бути відхилені, оскільки дають коротку часову шкалу космічної еволюції [15, с. 489]. У цій праці розвинуто новий під- хід до космології: вперше доведено, що не зорі, а галактики є основними структурними елементами Всесвіту. Галактики, ніби молекули, які скла- дають розріджений газ, що рівномірно заповнює весь фізичний об’єм Всесві- ту. Цього не було ні у А.Ейнштейна, ні у О.О. Фрідмана. Їх моделі мали таку характеристику світу, як середня гус- тина речовини, що розглядалася у ви- гляді суцільного середовища. Із чого воно складається, в якому фізичному стані перебуває, чим визначається йо- го густина — все це до праці Ж.Леметра було не зрозумілим. У висновках до своєї роботи Ж.Леметр зазначив: маса Всесвіту не- змінна і пов’язана з космологічною сталою співвідношенням: 22π =Λ [15, с. 59]; радіус Всесвіту необмежено збільшується від асимптотичного зна- чення 0R ; швидкості позагалактич- них туманностей, що віддаляються, зумовлені космологічним наслідком розширення Всесвіту. Однак висно- вки Ж.Леметра на той момент не бу- ли сприйняті науковою спільнотою. Його стаття була надрукована в «Ан- налах Наукового товариства Брюссе- ля», а цей журнал не читали за межами Бельгії. До того ж тоді А.Ейнштейн був упевнений у статичності Всесвіту і ви- словив своє скептичне ставлення до статті Ж. Леметра: «Ваші підрахунки правильні, але розуміння фізики непри- йнятне» [3]. Роз ширення Всесвіту ста- ло загально сприйнятим вченими лише після виходу статті Е.Хаббла 1929 р. [16, 17]. У ній він показав лінійну залеж- ність між променевими швидкостями галактик і відстанями до них. Але слід зазначити, що в 1918—1925 рр. К. Віртц Ж. ЛЕМЕТР ТА ЙОГО ТЕОРІЯ ВЕЛИКОГО ВИБУХУ (ДО 80-РІЧЧЯ СТВОРЕННЯ) Наука та наукознавство, 2011, № 2 149 і в 1920—1925 рр. К.Лундмарк відміти- ли зростання червоного зміщення зі збільшенням відстані до спостережува- них галактик, що можна тлумачити як їх розбіг [5]. Віддалення галактик ви- являє себе в червоному зміщенні лінії в їх спектрах (зсув ліній в бік червоно- го краю спектра). Природна інтерпре- тація цього явища — ефект Допплера, тобто зміна довжини хвилі при віднос- ному русі джерела та приймача. Якщо джерело та приймач зближуються, то довжини хвиль скорочуються; якщо вони віддаляються одне від одного, то довжини хвиль збільшуються. Зміна довжини хвилі тим більша, чим більше відносна швидкість руху. Але на той момент Е. Хаббл не пов’язував червоне зміщення з розши- ренням Всесвіту. Це зробив у 1927 р. Ж. Леметр [14]. Крім того, в статті 1927 р. Ж.Леметр отримав лінійний зв’язок між швид- кістю та відстанню, відомий нині як закон Хаббла: «Якщо джерело світла міститься достатньо близько, ми отри- маємо формулу: r R R c v ′ = , де r — від- стань до джерела» [15, с. 55]. В. де Сіттер про теорію розширен- ня Леметра писав: «Твердження, що Всесвіт може бути статичним, але по- винен перебувати в неперервній еволюції, може бути скептично сприйняте дея- кими з нас. Але той факт, що еволюція виявилася необхідною і була описана ма- тематично, а також і те, що за допо- могою цієї нової теорії явно суперечливі дані спостережень були узгоджені та пояснені, роблять її одним з найважливі- ших останніх досягнень» [18, с. 30]. Таким чином, можливість космо- логічного розширення теоретично була описана у 20-ті роки ХХ ст. О.О. Фрід- маном та Ж.Леметром. Докладно їх праці з розширення Всесвіту проаналі- зовано в публікації [19]. У 1931 р. вийшла невеличка публі- кація Ж. Леметра «Початок Всесвіту з точки зору квантової теорії» [20], якою започатковано теорію Великого вибуху. У ній початковий стан Всесвіту вже не описується моделлю Ейнштейна, як у попередній праці, а являє собою космо- логічну сингулярність. Еволюція Все- світу починається з моменту, коли вся маса простору сконцентрована в Пер- винному атомі. Тут Ж. Леметр писав: «Ми могли б уявити собі початок Всесві- ту у вигляді єдиного атому, атомна вага якого дорівнює загальній масі Всесвіту. Вкрай нестабільний атом розділився б на все менші й менші атоми під дією свого роду надрадіоактивного процесу» [20]. Це припущення зустріло скептичну реакцію з боку вчених того часу, оскіль-Е. Хаббл О.Ю. Колтачихіна Science and Science of Science, 2011, № 2150 ки воно нагадувало християнський до- гмат творіння і його неможливо переві- рити з фізичної точки зору. Важко було повірити у слова Ж. Леметра: «початок світу відбувся незадовго до початку часу і простору» [20]. Лише через два роки в 1933 р., коли Ж. Леметр зустрівся з А.Ейнштейном і деталізував свою тео- рію, А.Ейнштейн висловився так: «Це найбільш задовільне пояснення творення, яке я міг чути» [3, с. 19]. Наприкінці статті дано переклад цієї праці Ж. Ле- метра 1931 р. Пізніше у 1946—1948 рр. Г. Гамов розвинув ідеї Леметра у своїй моделі гарячого Всесвіту [21]. Нині ми можемо сказати, що в статті Ж.Леметра є багато помилкових моментів і його праця має більше історичний інтерес. Але Ж. Леметр перший, хто наважився показати момент народження Всесві- ту, використовуючи при цьому фізику (особливо термодинаміку та квантову теорію) і залишаючись повністю осто- ронь від будь-яких філософських і тео- логічних уподобань. Нині космологія дуже тісно пов’я- зана з фізикою елементарних части- нок, широко використовує її основні теорії і закони. Як пише Ю.О. Храмов: «... одним із значних досягнень науки кінця ХХ ст. є саме синтез фізики елементар- них частинок і космології, завдяки якому з космологічних даних вдається одержу- вати важливі для теорії елементарних частинок відомості, водночас космоло- гія висуває перед нею нові завдання та є свого роду лабораторією для перевірки «на життя» різних моделей Великого об’єднання» [5, с.321]. Нині різнома- нітність атомних ядер не пояснюється розпадом суператому (або первинного атому, як писав Ж. Леметр). Згідно із сучасними уявленнями, спостережува- ний нині Всесвіт виник 13,7 млрд. ро- ків тому з початкового «сингулярного» стану і з того часу розширюється та охо- лоджується. Найбільш раннім момен- том, що описується в еволюції Всесвіту, нині вважається момент Планківської епохи з температурою приблизно 1032 К та густиною 1093 г/см3 . Ранній Все- світ являв собою однорідне та ізотроп- не середовище з великими значеннями густини енергії, температури та тиску. У Планківську епоху гравітація відділи- лася від інших полів. Наприкінці епохи Великого об’єднання (10-43 та 10-36 c) в стані Всесвіту відбувся фазовий пере- хід, що привів до наступної інфляційної епохи — періоду надзвичайно швид- кого експоненціального розширення. Впродовж цього проміжку Всесвіт роз- ширився принаймні в 1026 разів. Після інфляції (приблизно 10-34 с) він скла- дався із кварк-глюонної плазми. Десь в проміжку часу до 10-31 с відбулося порушення симетрії, внаслідок чого в світі навколо нас більше частинок, ніж античастинок. У час приблизно 10-6 c в охолодженій при розширенні кварк- глюонній плазмі почали утворюватися баріони — протони та нейтрони. Енергії цих частинок вже не вистачало для на- родження пар, а тому почалася масова анігіляція: вціліла тільки одна частинка на 1010, античастинки зникли зовсім. Через кілька хвилин після вибуху розпо- чався первинний нуклеосинтез з утво- ренням більш важких багатонуклонних ядер. Нейтральні атоми стали утворю- ватися приблизно через 400 тис. років. Цей процес супроводжувався виник- ненням реліктового випромінювання, оскільки в плазмі електромагнітне поле невідривно пов’язане із зарядженими частинками, а при утворенні нейтраль- них частинок воно вивільнюється. По- ступово в однорідному газі нейтральної речовини почали утворюватися газові туманності, а ще пізніше зорі [22]. Ж.Леметр був першим, хто чітко сформулював ідею народження Всесвіту Ж. ЛЕМЕТР ТА ЙОГО ТЕОРІЯ ВЕЛИКОГО ВИБУХУ (ДО 80-РІЧЧЯ СТВОРЕННЯ) Наука та наукознавство, 2011, № 2 151 з «точки» — первинного атома — внаслі- док Великого вибуху. Назву теорії «Вели- кий вибух» дав у своєму виступі її проти- вник Фред Хойл («big bang» — так Ф.Хойл охарактеризував гіпотезу Леметра) [3]. На противагу А.Ейнштейну Ж. Ле- метр не заперечував наявність космо- логічної сталої в рівняннях Ейнштей- на. Він вважав, що її фундаментальне значення буде пояснено згодом за до- помогою квантової теорії. Справді, в 1998 р. двома групами вчених, що ви- вчали наднові зорі, практично одно- часно було відкрито прискорене роз- ширення Всесвіту, яке припускає в найпростішому випадку пояснення ненульової космологічної сталої. Ця теорія експериментально підтвердже- на із супутника WMAP, а величина космологічної сталої відповідає енергії вакууму 1 09 8,5 −⋅=Λ Дж/м3 [23, 24]. Нині відомо, що темна енергія є тим фактором, який забезпечує прискоре- не розширення Всесвіту та описується Λ—космологічною сталою в рівнян- нях загальної теорії відносності. Дискусії Ж. Леметра та А. Ейнштей- на були дуже продуктивними. Як за- значається на сайті архіву Ж. Леме- тра [1], після однієї з таких дискусій Ж. Леметр намагався показати, що початкова сингулярність не може бути усунена. Таким чином, його розробки були передбаченням відомої сьогодні теореми Хокінга—Пенроуза [25]. У 1933 р., після детального опри- люднення своєї теорії Першоатому (нині відомої як теорія Великого ви- буху), вчений досяг піку слави. 17 бе- резня 1934 р. Ж. Леметр отримав від короля Леопольда ІІІ Франкську пре- мію — вищу наукову нагороду Бельгії. У 1936 р. вченого обрали членом Пон- тифікальної академії наук, президен- том якої він став у 1960 р. і залишався до своєї смерті. У 1941 р. Ж. Леметр був обраний членом Королівської академії наук і мистецтв Бельгії. У 1953 р. він першим був відзначений медаллю Еддінгто- на. У 1960 р. вчений отримав від Папи Іоан на XXIII почесний титул прелата. Протягом 1950-х років Ж.Леметр поступово залишає викладацьку ді- яльність, повністю завершивши її у 1964 р. заслуженим професором. На- прикінці свого життя він все більше приділяв увагу чисельному аналізу. Ж. Леметр був прекрасним математи- ком, він використовував найпотужні- ші обчислювальні прилади свого часу. У 1958 р. він запровадив в універси- теті перший електронний комп’ютер. До кінця життя він зберіг інтерес до розвитку комп’ютерної техніки, а та- кож до проблем комп’ютерних мов та програмування. Ж. Леметр помер 20 червня 1966 р. Незадовго до смерті він дізнався про відкриття космічно- го мікрохвильового випромінювання, яке стало підтвердженням його теорії народження Всесвіту. На жаль, Ж. Леметр маловідомий у країнах колишнього Радянського Сою- зу. Його єдина публікація, перекладена на російську, вийшла в світ 1935 р. [26]. Це був переклад його доповіді на засі- данні Французького астрономічного товариства 5 грудня 1934 р. Ж. Леметр проаналізував три можливі сценарії розширення Всесвіту, пов’язуючи їх з віком останнього. Якщо припустити, що швидкість розширення світу за- вжди була незмінною, то отримуємо два мільярда років для його віку. «Це достатньо для Землі, але недостат- ньо для зір», — зазначав Ж. Леметр [26, с. 232]. Згідно з другим розв’язком, роз- ширенню Всесвіту могло передувати стиснення: «Всесвіт колись стискався; декілька мільярдів років тому він почав знову збільшуватися» [26, с. 232]. Але О.Ю. Колтачихіна Science and Science of Science, 2011, № 2152 й цей сценарій призводить до абсурду. Третя альтернатива полягала в тому, що існувало два періоди розширення, які були розділені періодом уповільнення. На погляд Ж. Леметра, це найбільш за- довільний сценарій: «Колись матерія складалася зі свого роду туманностей, свого роду дифузійної матерії, не скон- денсованої в зорі, матерії, яка розширю- валась, як і сучасний Всесвіт, але про- ти сили тяжіння. У деякий момент це розширення уповільнилося в результаті дії сили тяжіння. Швидкість у момент рівноваги була досить повільною, щоб окремі області сконденсувались. Ця кон- денсація привела до утворення з матерії зір і водночас дозволила туманностям втратити достатню кількість енер- гії, щоб скоротитися до розмірів, які ми спостерігаємо нині» [26, с. 235]. Ця ідея гравітаційної нестійкості у Всесвіті, що розширюється, розвивалась і уза- гальнювалась у подальшому в працях Г.Гамова, Е.Теллера, Є.М.Ліфшиця. Останній побудував повну теорію гра- вітаційної нестійкості, яка є підґрун- тям для теорій утворення галактик. У своїй доповіді Ж. Леметр також дав прообраз гамівського передбачення реліктового випромінювання: «Ми мо- жемо сподіватися знайти у Всесвіті екс- периментальні дані, які дозволяють нам відновити те, що відбувалося до утворення зір. Можливо, що такий документ про до- астрономічну історію світу існує. Ним мо- Р.Міллікен, Ж.Леметр та А.Ейнштейн. США, Каліфорнія, Пасадена, 10 січня 1933 р. Титульна сторінка книги «Гіпотеза першоатому» Ж. Леметра Ж. ЛЕМЕТР ТА ЙОГО ТЕОРІЯ ВЕЛИКОГО ВИБУХУ (ДО 80-РІЧЧЯ СТВОРЕННЯ) Наука та наукознавство, 2011, № 2 153 жуть бути космічні промені…вони могли би бути свідками явищ, які відбувались до утворення зір; вони могли би бути проме- нями якого-небудь велетенського феєрвер- ку, що мав місце в ту епоху, попелом якого є зорі та випромінювання, досягаюче нас у формі космічних променів…, космічні про- мені — свідки дитячих років матерії» [26, с. 235—236]. Прообраз космічних про- менів Леметра відомий нині як реліктове випромінювання. У 1948 р. його передба- чили Г. Гамов, Р. Альфер та Р. Херман на основі створеної ними в 1946—1948 рр. теорії гарячого Всесвіту [27], а у 1965 р. А. Пензіас та Р. Вільсон виявили експе- риментально реліктове випромінювання із температурою близько 3 К (Нобелів- ська премія з фізики 1973 р.) [28]. Ж. Леметр підвів підсумок у роз- робці своєї теорії Всесвіту в 1946 р. і опублікував книгу «Гіпотеза першо- атому» [29]. Його прихильниками були А. Ейнштейн, Ш. де ля Валле-Пуссін і О. де Хемптінн. Відомий космолог сучасності С. Хо- кінг пише: «Великий вибух можна вважа- ти початком відліку часу в тому розумінні, що більш ранні часи невизначені» [30, с.8]. Висловлюючись про Великий вибух на Сольвеївському конгресі 1957 р., Ж.Леметр підкреслив, що космологічна теорія, яка допускає сингулярний по- чатковий стан Всесвіту, «залишається повністю осторонь від будь-яких метафізичних або релігійних питань. Во- на залишає матеріалісту свободу запере- чувати будь-яке трансцендентне Буття. Для людини віруючої це відводить будь-яку спробу ближчого знайомства з Богом…, що співзвучно з висловом Ісаї про скри- того Бога, скритого навіть на початку творіння» [19, с. 158]. Авторка щиро вдячна доктору фізико-математичних наук, професо- ру, зав. відділу історії науки і техніки ЦДПІН ім. Г.М. Доброва НАН України Ю.О.Храмову за ідею статті, увагу до ро- боти та її обговорення, а також кандида- ту фізико-математичних наук, старшо- му науковому співробітнику Інституту теоретичної фізики ім. М.М. Боголюбова НАН України В.В. Кузьмичову за допо- могу в перекладі статті Ж.Леметра «Поча- ток світу з точки зору квантової теорії». 1. Архів Ж. Леметра: http://www.uclouvain.be/en-316446.html . 2. The Faith and Reason of Father Georges Lemaitre: Preprint for Homiletic and Pastoral Review. — 2009, February. — 13 p. 3. Midbon M. ’A Day Without Yesterday’: Georges Lemaitre & the Big Bang / M.Midbon // Commonweal. — 2000. — March, 24. — P. 18—19. 4. Menzel D.H. Blast of Giant Atom Created our Universe / D.H. Menzel // Popular Science. — 1932. — December. — P.28—29, 105. 5. Храмов Ю.А. История физики / Ю.А.Храмов. — К.: Феникс, 2006. — 1176 с. 6. Хеллер М. Жорж Леметр и становление космологии / М.Хеллер, А.Д.Чернин // Историко- астрономические исследования. — 1994. — Вып. 24. — С. 192—221. 7. Lemaître G. The Gravitational Field in a Fluid Sphere of Uniform Invariant Density According, to the Theory of Relativity; Note on de Sitter Universe; Note on the Theory of Pulsating Stars: Ph.D. Thesis / G.Lemaître. — Department of Physics, 1927. 8. Эйнштейн А. Собрание научных трудов: в 4 т. / А.Эйнштейн. — М.: Наука, 1965. 9. Einstein А. Kosmologische Betrachtungen zur allgemeinen Relativitätstheorie / А.Einstein // Sitzungs- berichte der Preussischen Akademie der Wissenschaften. — 1917. — № 1. — S. 142—152. 10. de Sitter W. On Einstein’s Theory of Gravitation, and its Astronomical Consequences / de Sitter W. // Montly Notices of the Royal Astronomical Society. — 1917. — Vol. 78. — P. 3—28. 11. Friedman A. Über die Krümmung des Raumes / A.Friedman // Zeitschrift für Physik. — 1922. — Bd. 10. — S. 377—386. О.Ю. Колтачихіна Science and Science of Science, 2011, № 2154 12. Friedman A. Über die Möglichkeit einer Welt mit konstanter negativer Krümmung des Raumes / A.Friedman // Zeitschrift für Physik. — 1924. — Bd. 21. — S. 326—332. 13. Lemaitre G. Note on de Sitter’s Universe / G.Lemaitre // Journal of Mathematics and Physics. — 1925, May. — Vol. 4, № 3. — P. 188—192. 14. Lemaitre G.A. Un Univers homogène de masse constante et de rayon croissant rendant compte de la vitesse radiale des nébuleuses extra-galactiques / G.A. Lemaitre // Annales de la Société Scientifique de Bruxelles. — 1927. — Vol. 47А. — P. 49—59. 15. Lemaitre G.A. Homogeneous Universe of Constant Mass and Increasing Radius Accounting for the Radial Velocity of Extra-galactic Nebulae / G.A. Lemaitre // Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. — 1931. — Vol. 91. — P. 483—490. 16. Hubble E. A Relation between Distance and Radial Velocity among Extra-galactic Nebulae / E.Hubble // Proc. of the National Academy of Sciences of the United States of America. — 1929. — Vol. 15. — P. 168—173. 17. Новиков И.Д. Человек, открывший взрыв Вселенной / И.Д.Новиков, А.С.Шаров. — М.: Наука, 1989. — 208 с. 18. Де Ситтер В. Расширение Вселенной / Де Ситтер В. // Мироведение. — 1933. — № 4. — С. 24—31. 19. Хеллер М. У истоков космологии: Фридман и Леметр / М.Хеллер, А.Д.Чернин. — М.: Зна- ние, 1991. — 64 с. 20. Lemaitre G.A. The Beginning of the World from the Point of View of Quantum Theory / G.A. Lemai- tre // Nature. — 1931. — Vol. 127, № 3210. — P. 706. 21. Gamow G. Expanding Universe and the Origin of Elements / G.Gamow // Physical Review. — 1946. — Vol. 70. — P. 572—573. 22. Вайнберг С. Первые три минуты: современный взгляд на происхождение Вселенной / С.Вайнберг. — Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2000. — 272 с. 23. Observational Evidence from Supernovae for an Accelerating Universe and a Cosmological Constant / A.Riess et al. // The Astronomical Journal. — 1998. — Vol. 116 (3). — P. 1009—1038 (http://arxiv.org/abs/ astro-ph/9805201). 24. Measurements of Omega and Lambda from 42 High-Redshift Supernovae / S. Perlmutter et al. // The Astrophysical Journal. — 1999. — Vol. 517 (2). — P. 565—586 (http://arxiv.org/abs/astro-ph/9812133). 25. Hawking S.W. The Singularities of Gravitational Collapse and Cosmology / S.W.Hawking, R. Pen- rose // Proc. of the Royal Society of London. Series A. Mathematical and Physical Sciences. — 1970. — Vol. 314. — P. 529—548. 26. Лемэтр Г. Расширяющаяся Вселенная // Мироведение. — 1935. — Т. 24, № 4. — С. 225—236. 27. Alpher R.A. The Origin of Chemical Elements / R.A.Alpher, H.Bethe, G.Gamov // The Physical Review. — 1948. — Vol. 73, № 7. — P. 803—804. 28. Penzias A.A. A Measurement of Excess Antenna at 4080 Mc/s / A.A.Penzias, R.W.Wilson // Astronomical Journal. — 1965. — Vol. 142, № 1. — P. 419—421. 29. Lemaitre G. L’Hypothèse de l’Atome Primitif. Essai de cosmogonie. Prèface de Ferdinand Conseth (Les problèmes de la philosophie des sciences) / G.Lemaitre. — Neuchâtel, Editions du Griffon, 1946. — 203 p. 30. Хокинг С. Краткая история времени. От большого взрыва до черных дыр / С.Хокинг. — СПб.: Амфора, 2001. — 268 с. Одержано 06.06.2011 О.Ю.Колтачихина Ж.Лемэтр и его теория Большого взрыва (к 80-летию создания) Впервые в украинской научной литературе раскрыты биография и научный вклад бельгийского космоло- га, автора идеи Первоатома Жоржа Лемэтра (1894—1966). Детально рассмотрены работы А.Эйнштейна, Ж. ЛЕМЕТР ТА ЙОГО ТЕОРІЯ ВЕЛИКОГО ВИБУХУ (ДО 80-РІЧЧЯ СТВОРЕННЯ) Наука та наукознавство, 2011, № 2 155 В. де Ситтера, А.А. Фридмана, Ж.Лемэтра и показаны предпосылки создания теории Большого взрыва. Про- анализированы работы К. Виртца, К. Лундмарка, Э. Хаббла, Ж. Лемэтра и освещен приоритет последнего в идентификации явления разбегания галактик с расширением Вселенной. Показан вклад Ж. Лемэтра в космо- логию. В частности, он получил линейную зависимость между скоростью разбегания галактик и расстояни- ем до них (сегодня — закон Хаббла), предположил ненулевую космологическую постоянную (подтверждено в 1998 г.), дал прообраз гамовского предсказания реликтового излучения (выявлено в 1965 г.). Впервые пере- ведена статья Ж. Лемэтра «Начало Вселенной с точки зрения квантовой теории» 1931 г. (приложение), в которой он предложил теорию Первоатома. Этой работой положено начало теории Большого взрыва. Додаток Ж. Леметр Початок світу з точки зору квантової теорії* Сер Артур Еддінгтон стверджує, що з філософської точки зору поняття виникнення сучасного устрою Природи несумісне із самим її устроєм. Я скоріше за все схильний вважати, що нинішній стан квантової теорії наводить на думку, що початок світу надто відрізняється від сучасного устрою При- роди. З точки зору квантової теорії, закони термодинаміки можна сформулювати так: повна енергія зосереджена в окремих квантах і кількість окремих квантів постійно зростає. Якщо ми рухатимося назад у часі, то повинні отримувати все меншу і меншу кількість квантів, поки не одержимо всю енергію Всесвіту, зосереджену в кількох або навіть в одному кванті. Тоді в атомних процесах поняття простору і часу є не більш як статистичні поняття і зникають при застосуванні до окремих явищ за значної кількості квантів. Якби світ почався з одного кванта, уявлення про простір і час взагалі не мали б жодного сенсу на початку; вони стали б змістовними, коли початковий квант було б розділено на достатню кількість квантів. Якщо це припущення пра- вильне, то початок світу відбувся незадовго до початку часу і простору. Я вважаю, що такий початок світу дуже відрізняється від існуючого устрою Всесвіту і тому не може йому суперечити. Простежити цю ідею докладно важко, оскільки ми не в змозі розраховувати квантові пакети в кожному випадку. Наприклад, атомне ядро можна вважати одним квантом, а атомний номер розгля- дати як свого роду квантове число. Якщо в подальшому розвитку квантової теорії відбудеться пово- рот у цьому напрямку, ми могли б уявити собі початок Всесвіту у вигляді єдиного атома, атомна вага якого дорівнює загальній масі Всесвіту. Вкрай нестабільний атом розділився б на все менші й менші атоми під дією свого роду надрадіоактивного процесу. Деякі залишки цього процесу, відповідно до ідеї сера Джеймса Джінса, могли б підтримувати тепло зір доти, поки наші атоми з низькими атомни- ми числами зробили б можливим виникнення життя. Звичайно, початковий квант не міг приховати в собі весь хід розвитку, але, відповідно до прин- ципу невизначеності, це не є необхідним. Наш світ нині розуміємо як світ, в якому щось відбувається насправді; вся історія світу не повин- на бути записана в першому кванті, як пісня на диску фонографа. Вся матерія світу повинна була бути присутньою на початку, але історія, яку вона має розповісти, може бути написана крок за кроком. * Lemaitre G.A. The beginning of the World from the Point of the View of Quantum Theory // Nature. — 1931. — Vol. 127,— № 3210. — P. 706 (переклад О.Ю.Колтачихіної).

Ж. Леметр та його теорія Великого вибуху (до 80-річчя створення)

Репозитарії

Схожі ресурси