На этом шарике размером с точку проживает все человечество, более 7 миллиардов человек. На нем разыгрывалась вся человеческая история. Да что там человеческая – вся история жизни на нашей планете протекала на этой крохотной горошине. Фото Земли, которое вы видите перед собой, получено с немыслимо большого расстояния – 6,1 миллиарда километров. Это в сорок раз дальше от Солнца, чем орбита Земли[118].
Время от времени я публикую в Твиттере это изображение с надписью: «Давайте помнить о том, что эта точка – наш общий дом». Этот твит неизменно получает больше откликов, чем любые другие мои публикации. Может быть, это происходит из-за того, что он дает людям перспективу, столь необходимую в их жизни. А может быть, он напоминает нам о нашем космическом одиночестве.
Мы живем во Вселенной, в которой около двух триллионов галактик, таких как наш Млечный Путь. И каждая галактика содержит в среднем около 100 миллиардов звезд. Глядя на наших соседей по космосу, мы убеждаемся, что многие звезды обладают планетными системами и в целом планет гораздо больше, чем звезд. Во всей Вселенной больше планет, чем можно насчитать песчинок на всех пляжах вдоль всех побережий Земли. Но на всем этом необъятном просторе, который трудно охватить разумом, существует единственное место, про которое мы точно знаем, что на нем существует жизнь.
На этом хрупком голубом шарике.
Часть седьмаяКосмос
41. День, когда не было вчераВселенная существовала не всегда
Во-первых, Большой взрыв не был очень большим. Во-вторых, взрыва как такового не было. В-третьих, теория Большого взрыва не объясняет, что именно взорвалось и как. Она просто говорит: был взрыв. Поэтому название «Большой взрыв» неправильно.
Возможно, величайшее открытие в истории науки ученые совершили, когда поняли, что Вселенная существовала не вечно. В какой-то момент произошло ее рождение. В этот день родилось время, потому что «вчера» не имело смысла. Примерно 13,82 миллиарда лет тому назад вся материя, энергия, само пространство и даже время вдруг возникли в опаляющем огненном шаре под названием Большой взрыв. Огненный шар расширился и остыл, и из его осколков сгустились галактики – большие острова звезд. По оценкам, таких галактик во Вселенной порядка двух триллионов, и одна из них – наш Млечный Путь. Нельзя сказать, чтобы идея Большого взрыва сразу начала пользоваться у ученых большой популярностью. Они принимали эту идею нехотя, всячески сопротивляясь ей и давая отпор. Основная причина неприятия Большого взрыва заключалась в том, что, согласившись с ним, приходилось отвечать на очень неудобные вопросы, например: что было до Большого взрыва? Но, сколько бы хлопот это ни доставляло, пришлось смириться с очевидностью. У ученых просто не оставалось другого выбора. Все доказательства говорили об одном: Вселенная появилась на свет, причем по космическим меркам не так давно – она всего лишь в три раза старше, чем Земля.
Первое доказательство Большого взрыва было найдено американским астрономом Эдвином Хабблом в 1929 году. Он наблюдал галактики на 100-дюймовом телескопе (построенном на деньги предпринимателя Хукера) в обсерватории Маунт Вилсон (Южная Калифорния, США). Согласно его наблюдениям, галактики разбегались в разные стороны как осколки шрапнели после космического взрыва. Отсюда следовало, что в прошлом Вселенная была меньше, чем сейчас. Если запустить назад во времени космический фильм о расширении Вселенной, мы увидим, что Вселенная сожмется в точку, из которой и началось ее сотворение 13,82 миллиарда лет назад. Это был момент рождения Вселенной: Большой взрыв.
Оспорить это рискнули в 1948 году британские астрономы Фред Хойл, Герман Бонди и Томми Голд, они предположили, что по мере удаления галактик друг от друга в промежутках между ними постоянно создается новая материя и образуются новые галактики. Благодаря этому Вселенная может расширяться согласно открытию Хаббла, не имея при этом начала. Такая концепция непрерывного создания материи могла бы показаться смешной, но на самом деле это не более смешно, чем создание всей материи одномоментно в Большом взрыве.
Теория стационарной Вселенной Хойла, Бонди и Голда имела одно неоспоримое преимущество – она могла быть проверена. Согласно этой теории Вселенная должна выглядеть одинаково во все времена. Однако в 60-х годах XX века астрономы открыли квазары, активные ядра новорожденных галактик, обладающие очень большой яркостью. Их свет путешествовал по космосу многие миллиарды лет, прежде чем достичь Земли. И теперь мы видим их такими, какими они были когда-то в ранней Вселенной. В настоящее время новые квазары не образуются, и это доказывает, что во Вселенной происходили изменения. А эволюция никак не вписывалась в рамки теории стационарной Вселенной.
Теория Большого взрыва (вверху) предсказывает, что Вселенная должна меняться со временем. Согласно теории стационарной Вселенной (внизу) по мере расширения
Вселенной будут образовываться новые галактики, чтобы заполнить возникающие пробелы, и поэтому Вселенная не будет меняться со временем.
Последний сокрушительный удар по теории стационарной Вселенной был нанесен в 1965 году в Холмделе (Нью-Джерси, США). Два астронома проводили свои наблюдения на гигантской рупорообразной радиоантенне (см. главу 44). Эта антенна построена в лабораториях Bell Telephone, входящих в состав фирмы American Telephone & Telegraph, и первоначально предназначалась для передачи и приема микроволновых сигналов с первых экспериментальных спутников связи. Арно Пензиас и Роберт Уилсон с помощью антенны намеревались обнаружить в радиодиапазоне слабое свечение ультрахолодного водорода, который, по их мнению, окружал наш Млечный Путь. Но добиться цели им не удавалось – работе астрономов мешало шипение, от которого никак не получалось избавиться. Как только они наводили рупор антенны на небо, неизменно появлялся статический микроволновой шум. Пензиас и Уилсон случайно наткнулись на тепловое послесвечение, оставшееся от огненного шара Большого взрыва. Излучение, сильно охлажденное за счет расширения Вселенной за последние 13,82 миллиарда лет, превратилось в низкоэнергетическое микроволновое излучение, которое мы и наблюдаем.
За открытие космического фонового реликтового излучения Пензиас и Уилсон получили в 1978 году Нобелевскую премию по физике. Но было и еще одно следствие этого открытия: реликтовый фон подтвердил теорию Большого взрыва. Несмотря на это, Хойл – по иронии судьбы именно он придумал термин «Большой взрыв» и впервые использовал его в радиопередаче Би-Би-Си в 1949 году – так и не принял теорию Большого взрыва. До самой своей смерти Хойл не уставал придумывать все более хитроумные способы включения космического фонового излучения в модифицированную стационарную теорию.
Фото молодой Вселенной: это изображение получено космическим аппаратом WMAP, предназначенным для изучения реликтового излучения. Оно демонстрирует, каким было излучение Вселенной после Большого взрыва, когда Вселенной было 380 000 лет. Неравномерность распределения показывает, что уже тогда материя начала скапливаться и уплотняться, чтобы образовать первые галактики.
К выводу о том, что Вселенная должна расширяться и, следовательно, должна иметь начало, независимо пришли два физика: советский физик Александр Фридман (1922) и бельгийский физик Джордж Леметр (1927)[119]. Вселенная, возникшая в результате Большого взрыва – часто ее называют еще Вселенной Фридмана – Леметра – очень импонировала Леметру. Помимо того что он был ученым, он был и католическим священником. Ему представлялось, что Вселенная, возникшая в ярком огненном шаре, как нельзя лучше соответствует акту Творения, когда Бог, созидающий Вселенную, сказал: «Да будет свет: и стал свет».
Фактически Фридман и Леметр сделали вывод о расширяющейся Вселенной на основании теории гравитации Эйнштейна – общей теории относительности, которую Эйнштейн представил миру в разгар Первой мировой войны в 1915 году. В следующем году Эйнштейн применил свою теорию к самой большой гравитационной массе, которую он мог себе представить – всей Вселенной. И при этом не поверил выводам из своих собственных уравнений. Это распространенная ошибка среди ученых. Им невероятно трудно поверить, что Вселенная действительно танцует под дудку тайных формул, которые они выводят, сидя или стоя за конторкой. Как заметил лауреат Нобелевской премии по физике Стивен Вайнберг: «Ошибка физиков заключается не в том, что они слишком серьезно воспринимают свои собственные теории, а в том, что они их воспринимают недостаточно серьезно».
Рождение Вселенной в огненном шаре бросает науке огромный вызов. «Каждый раз, когда мы говорим о Большом взрыве, люди хотят знать, что было до этого, – говорит Джон Мазер, лауреат Нобелевской премии за наблюдения космического микроволнового фонового излучения. – А если мы это и узнаем, то возникает следующий вопрос: а до этого что было?»[120]. «Мы можем проследить события до момента Большого взрыва, но мы до сих пор не знаем, что именно взорвалось и каким образом, – говорит королевский астроном Мартин Рис. – И это настоящий вызов для науки XXI столетия».
42. Призрачный мирТелескопы показывают вселенную, которой нет
Космос велик. Он просто огромен. Вы даже не поверите, насколько он умопомрачительно громаден. Вам может казаться, что от вашего дома до аптеки далеко, но это просто ерунда по сравнению с космосом.
Представьте себе, что вы живете в центре Лондона и выглянули из своего окна. На расстоянии 100 метров от вас конные повозки заполонили все улицы. Далее, на расстоянии 350 метров, Великий лондонский пожар окрасил все небо в рубиново-красные тона. А в двух километрах от вас первые римские корабли причаливают к болотистым берегам Темзы. Смешно? Но это очень похоже на ситуацию, в которую попадают астрономы, когда смотрят на Вселенную в свои телескопы.