Книга Краткая история науки - Уильям Байнум

Если бы был снят фильм об истории Вселенной, что бы произошло, если бы вы запустили его в обратном порядке?

Около пяти миллиардов лет назад наша планета исчезла бы, поскольку именно в это время она сформировалась, по всей вероятности, из обломков, имевшихся в Солнечной системе. Продолжим двигаться дальше, и что же мы обнаружим в начале? Большой взрыв: нечто такой мощности, что его температура и сила ощущаются сейчас, спустя 13,8 миллиарда лет.

По меньшей мере именно так с 40-х годов все с большей уверенностью стали говорить ученые. Вселенная началась с точки, невообразимо горячего, плотного состояния, и затем произошел взрыв. И все время с этого момента она охлаждается и расширяется, разносит галактики в стороны от исходной точки.

Это динамичная и вызывающая интерес Вселенная, в которой мы все не более чем мельчайшее из мелких пятнышек. Она состоит из звезд, планет, комет, образующих видимые галактики; но есть много такого, что мы видеть не можем – черные дыры и куда больше распространенные темная материя и темная энергия.

Так что Большой взрыв был на самом деле, и может ли он объяснить устройство мироздания? Никто, само собой, не присутствовал при этом событии, чтобы начать киносъемку. И что произошло сразу после Большого взрыва?

На эти вопросы невозможно ответить с полной уверенностью, но над ними работает самая современная физика, да еще и космология (наука о Вселенной). В среде тех, кто пытается разобраться с такими проблемами, уже полвека идут горячие споры, не прекращаются они и сейчас.

Около 1800 года французский последователь Ньютона Лаплас предложил свою небулярную гипотезу. Он в основном собирался доказать не тот факт, что Солнечная система сформировалась из громадного облака газа, а то, что Земля имеет древнюю историю; это помогло бы объяснить многие ее характеристики, такие как раскаленные недра, наличие ископаемых существ и особенности геологии.

Многие ученые девятнадцатого века горячо спорили о возрасте Земли и нашей галактики. Млечного пути. В начале двадцатого века два открытия радикально изменили саму постановку вопроса.

Первым стала общая теория относительности Эйнштейна и важные выводы из нее, касавшиеся пространства и времени. Настаивая на том, что эти две вещи тесно связаны, образуют единое «пространство-время». Эйнштейн добавил Вселенной новое измерение. Его математические труды также подразумевали, что пространство искривлено и геометрия Эвклида не обеспечивает адекватное объяснение того, что творится на просторах космоса.

Во вселенной Эвклида параллельные линии не могут пересечься никогда, и это предполагает, что пространство плоское. Сумма углов треугольника всегда 180 градусов. Но если вы измерите углы треугольника, нарисованного на шаре, на его выпуклом боку, то это правило окажется нарушено. И если пространство само по себе искривлено, то нам требуются иные математические средства для того, чтобы иметь с ним дело.

Приняв блестящую работу Эйнштейна как истину, физики и космологи обрели простор для новых мыслей.

И если та революция, которую вызвали его открытия, оказалась большей частью теоретической, то второе глобальное открытие имело вполне практическое основание. Базировалось оно на наблюдениях, большей частью сделанных американским астрономом Эдвином Хабблом (1889–1953). Его прославили в 1990 году, когда комический корабль вывел на орбиту нашей планеты телескоп, названный по имени этого великого ученого. Благодаря этому инструменту он бы смог открыть куда больше, чем из обсерватории Маунт-Уилсон в Калифорнии, где работал.

В двадцатые годы Хаббл сумел заглянуть дальше, чем любой из астрономов когда-либо, и показал, что нашей галактикой (Млечным путем) Вселенная вовсе не ограничивается. Она всего лишь одна из бесчисленных тысяч других галактик, раскинутых так далеко, как только могут видеть телескопы.

Космологи также помнят Хаббла по «постоянной Хаббла», особой величине, получившей от него имя (вы можете вспомнить постоянную Планка, названную по тому же принципу). Когда свет удаляется от нас, то спектр его волн смещается к красному концу видимого диапазона, и это называют «красным смещением». Если он приближается к нам, то волны сдвигаются к другому концу, и это именуют «синим смещением».

Этот эффект астрономы могут измерить с легкостью, и он производится в конечном счете тем же образом, как и изменение звучания поезда в зависимости от того, приближается он к нам или удаляется.

Хаббл обнаружил, что свет от дальних звезд имеет красное смещение, и чем дальше находится звезда, тем больше оно. Это сказало ему, что звезды удаляются от нас, и чем дальше они от Земли, тем быстрее. Вселенная расширяется, и выглядит все так, будто скорость расширения увеличивается.

Хаббл определил расстояния до звезд и величину красного смещения, и соотношение между тем и другим образовало прямую, когда он решил перенести данные на график. Отсюда и появилась постоянная Хаббла, о которой он написал в статье, опубликованной в 1929 году.

Эта величина дала космологам возможность рассчитать возраст нашей Вселенной.

Точное ее значение несколько раз изменялось, новые наблюдения позволили обнаружить еще более старые звезды, и красное смещение сейчас можно измерить более точно. Некоторые из древних звезд находятся в миллионах световых лет от нашей Земли, а световой год – это около шести триллионов миль (9 460 730 472 580 800 метров).

Требуется восемь минут, чтобы луч света добрался от Солнца до Земли, а если он отразится обратно, то можете совершить 32 тысячи путешествий в оба конца за год – другой способ представить, насколько большие числа входят в космологические расчеты. И огромные периоды времени тоже.

Часть того, что мы видим на ночном небе – свет, начавший путь очень долгое время назад от звезд, к данному моменту уже погасших. Чтобы получить идеально точное значение постоянной Хаббла, мы должны знать, на каком расстоянии от нас расположены удаленные звезды и галактики. Но пусть даже мы определяем ее неточно, она позволяет нам узнать, насколько долго шел этот свет, и каков возраст Вселенной, как давно случился Большой взрыв.