Я нарисовал картину, которую вы видели бы из окна в центре Лондона, если бы свет распространялся со скоростью 100 метров в столетие и поэтому приносил бы новости о происходящих событиях в черепашьем темпе. Конечно, скорость света несопоставимо больше – 300 000 километров в секунду. Но и космическое пространство, которое должен преодолеть свет, чтобы достичь Земли, тоже огромно. Нам кажется, что свет ползет по нему, как космическая улитка.
Чем дальше мы проникаем в пространство, тем в более далекие моменты в прошлом попадаем. Мы видим Луну, какой она была секунду с четвертью тому назад, Солнце, каким оно было восемь с половиной минут назад. А ближайшая звезда альфа Центавра выглядит сейчас такой, какой она была 4,25 года тому назад. Какой вид имеет Вселенная в настоящий момент – мы не можем знать. Понятие «сейчас» неприменимо к событиям, которые мы наблюдаем в нашем космосе.
Мы можем с полным основанием считать, что Луна, Солнце и ближайшая звездная система все еще на своих местах – и, вероятно, ближайшая к нам галактика Андромеда, которую мы видим такой, какой она была 2,5 миллиона лет назад. Но это может быть не так для очень далеких галактик – тех, которые находятся от нас на расстоянии многих миллиардов световых лет. Возможно, самих галактик уже давно нет, их звезды померкли, а центральные ядра поглощены другими галактиками. Возьмем, например, квазары – активные ядра галактик, источники чрезвычайно мощного излучения, возникающего за счет падения вещества на сверхмассивные черные дыры[122]. Они давно исчерпали запасы своего газа и разнесли в клочья свои звезды. В сегодняшней Вселенной они уже не существуют. Когда они появляются в поле зрения наших телескопов, их нужно воспринимать как остаточные изображения наподобие тех, которые формируются на сетчатке нашего глаза после яркого фейерверка – салют уже закончился, а мы все еще видим его, даже с закрытыми глазами.
Благодаря тому, что свет путешествует во Вселенной так «медленно», наши телескопы превращаются в настоящие машины времени. С одной стороны, природа отняла у нас возможность видеть реальную Вселенную – такой, какой она выглядит в настоящий момент; но с другой стороны, она щедро вознаградила нас тем, что, заглядывая все дальше и дальше в космос, мы можем увидеть, какой была Вселенная в более ранние эпохи. Историкам и археологам остается только мечтать о такой возможности: она позволяет астрономам увидеть эволюцию Вселенной от Большого взрыва до наших дней.
Здесь есть еще один нюанс. Мало того, что значительной части Вселенной, которую мы видим в наши телескопы, больше не существует; но даже когда она существовала, она выглядела совсем по-другому, чем нам кажется теперь. Это связано с тем, что свет от далеких галактик в своем длинном путешествии на Землю через космос проходит мимо других галактик. И гравитационное поле этих галактик, лежащих между нами, искривляет и искажает их свет. Это явление называется гравитационным линзированием. Оно означает, что значительная часть того, что мы видим, подвергается искажению – почти так, как искажаются предметы в ванной комнате, если мы посмотрим на них через матовое дверное стекло. Мало того, что мы живем в призрачной Вселенной, но даже те призраки, которые мы наблюдаем, вовсе не то, за что они себя выдают!
Искаженный космос: на пути к Земле свет от далеких галактик искривляется, проходя через гравитационную линзу, образованную находящимися на его пути галактиками.
43. Сердце тьмыВселенная, невидимая на 97,5 %
Темная материя везде. В этой комнате. Везде.
Почти вся Вселенная – на 97,5 % – невидима. Как бы вы к этому ни относились, это именно так, и это одно из самых поразительных открытий в истории науки. Даже многие ученые в полной мере еще не осознали важность этого неоспоримого факта. Все, что находилось в поле исследования науки за последние 350 лет, представляет собой не что иное, как незначительный налет, пыль во Вселенной – как тонкий слой снега на вершине высокой горы.
Вселенная на 4,9 % состоит из атомов, из которых сделаны мы с вами, звезды и галактики. Из всего этого мы видим только половину с помощью телескопов. Другую половину, как считают астрономы, представляет собой газ, дрейфующий между галактиками – и этот газ либо слишком холодный, либо слишком горячий, чтобы светиться. Недавно появились сообщения о том, что часть этой недостающей субстанции выступает под личиной горячих нитей газа, образующих своего рода паутину из разреженного вещества между галактиками[123].
Но помимо этих 4,9 %, приходящихся на долю обычной материи, 26,8 % – почти в шесть раз больше – существует в форме темной материи. Она не светится и никак себя не проявляет, и поэтому не может быть обнаружена даже с помощью наших самых чувствительных астрономических инструментов. Мы делаем вывод о ее существовании только потому, что своим гравитационным присутствием она влияет на звезды и галактики, которые мы видим, – эти объекты двигаются иначе, чем предписано законом тяготения Ньютона.
Что такое темная материя – никто досконально не знает. Рассуждения на эту тему представляют собой широкий спектр догадок: то ли темная материя состоит из еще не открытых элементарных частиц, то ли из черных дыр размером с холодильник, доживших до наших дней с момента Большого взрыва, то ли это некие следы из будущего, в которых время течет вспять (да, такая возможность тоже серьезно обсуждается!)[124]. В первом случае темная материя может даже сейчас буквально пропитывать воздух вокруг вас. Были надежды, что Большой адронный коллайдер, гигантский ускоритель частиц вблизи Женевы в Швейцарии, поможет найти такую элементарную частицу – кандидата на роль темной материи. Но до сих пор эти надежды не оправдались. Иногда, когда у меня появляется свободная минута, я рисую в воображении звезды и планеты, состоящие из темной материи, и представляю себе, что на них тоже есть «темная» жизнь. Может быть, это и есть настоящая причина того, почему мы до сих пор – за 50 лет поисков – не обнаружили признаков внеземного разума? Может быть, его кипучая деятельность просто скрыта от нас вуалью темной материи и потому невидима?
Кроме обычной материи (масса которой по отношению к общему объему Вселенной составляет 4,9 %) и темной материи (26,8 %), существует еще темная энергия, и ее гораздо больше: 68,3 %. Вспомним, что согласно знаменитой формуле Эйнштейна E = mc²у любой энергии есть эквивалент массы, то есть энергия что-то «весит». Темная энергия невидима, заполняет все пространство и имеет отталкивающую гравитацию. Отталкивающая гравитация ускоряет расширение Вселенной, и именно благодаря факту расширения Вселенной темная энергия была обнаружена в 1998 году. Это произошло совсем недавно, всего лишь пару десятилетий назад. Только представьте себе – до этого времени ученые и не подозревали, что основные компоненты Вселенной остаются невидимыми.
Если наличие темной материи физиков озадачило, то темная энергия их попросту поставила в тупик. Самой лучшей и успешной теорией в физике считается квантовая теория. Она дала нам лазеры, компьютеры и ядерные реакторы. Она объяснила, почему светит Солнце и почему земля под ногами твердая. Но как только физики начинают с ее помощью вычислять энергию вакуума – энергию темной материи, – они получают число, на 120 порядков отличающееся от того, что мы наблюдаем. Это самое большое расхождение, которое когда-либо существовало в истории науки между предсказанием и экспериментом. Думаю, не будет слишком большим преувеличением, если я скажу, что с нашим пониманием реальности что-то не так.
Американский астроном Стейси Макгог говорит по этому поводу следующее: «Пожалуй, самое досадное недоразумение, с которым сталкивается современная космология, – это преобладание невидимых компонентов. Темная материя и темная энергия составляют около 95 % энергии массы Вселенной, но у нас есть только смутные представления о том, что они могут собой представлять»[125].
Весьма настораживает то, что мы построили картину Вселенной – великое сооружение современной космологии, – основываясь на видимой части космоса, которую мы можем наблюдать непосредственно с помощью наших телескопов. А это всего лишь 2,5 % всей Вселенной. Представьте себе, что Чарльз Дарвин имел бы в XIX веке информацию о лягушках, но ничего не знал бы о деревьях, собаках, кузнечиках или акулах. Смог бы он создать свою теорию эволюции видов путем естественного отбора? Но космологи оказались именно в таком положении. Очевидно, что-то главное мы упускаем. Остается надеяться, что, когда это «главное» будет найдено, оно поможет встроить темную материю и темную энергию, – которые так мешают созданию стройной концепции Большого взрыва, – в элегантную теорию, в которой все будет расставлено по своим местам. Но не стоит забывать, что на этом пути нас могут ожидать большие сюрпризы: они способны полностью изменить наш взгляд на Вселенную.
44. Сумеречный свет творения99,9 % фотонов, блуждающих во Вселенной, рождены не звездами и не галактиками, а остались от Большого взрыва
Подумайте о тех цивилизациях, которые существовали на заре возникновения мира. Они были хозяевами Вселенной, а сама Вселенная – настолько молодой, что жизнь обосновалась на крохотной горстке миров. У них было одиночество богов, смотрящих через бесконечность и не находящих никого, чтобы поделиться своими мыслями.
Огненный шар Большого взрыва, наверное, был похож на огненный шар ядерного взрыва. Но жара от ядерного огненного шара рассеется по окрестностям через час, день или неделю. Жаре Большого взрыва некуда было деваться. Она была заперта во Вселенной – в самой себе. И до сих пор во Вселенной и остается. Теперь уже тепло – а не жара – Большого взрыва окружает нас со всех сторон. Значительно охладившись за счет расширения Вселенной за последние 13,82 миллиарда лет, это излучение перешло из видимой глазу области в невиди