Вселенная. Путешествие во времени и пространстве - Сергей Арктурович Язев

времени. В бескрайнем пустом объ­еме ­Вселенной на огромных расстояниях друг от друга разбросаны гигантские скопления вещества — галактики. Они содержат сотни миллиардов звезд, некоторые из них (вероятно) обладают планетными систе­мами. ­Помимо звезд, в галактиках присутствуют облака из газа и пыли (туманности). Вселенная всегда существовала и всегда будет существовать, и она в среднем не меняется: и в далеком прошлом, и в далеком будущем мы увидели бы Вселенную такой же, как сейчас. Она управляется законом тяготения. Люди религиозные полагали, что такую Вселенную целенаправленно ­создал Творец, атеисты считали, что во Вселенной действуют бессознательные силы природы.

Интересно, что еще буквально веком раньше образованные люди уже получали от природы сигналы о том, что в такой картине мира что-то не так. Более того, логический анализ этих сигналов должен был привести к выводу, что описанная Вселенная просто не может существовать.

Первый грозный сигнал получил название гравитационный парадокс. На качественном уровне (без формул) идея сводится к следующему.

Почему, несмотря на влияние тяготения, среднее расстояние между звездами остается неизменным? Потому что (как считалось) одинаковое притяжение бесконечного числа звезд с одной стороны должно компенсироваться притяжением бесконечного числа звезд с противоположной стороны. Но тщательное рассмотрение картины показало, что это рассуждение не­верно. Тяготение работает только в одну сторону — массы всех физических тел притягиваются друг к другу. Отталкивающие же силы были в те времена неизвестны[22]. Это значит, что со временем расстояние между массивными телами (например, звездами, поскольку галактики еще не были открыты) должно уменьшаться. А чем ближе друг к другу оказываются гравитирующие тела, тем сильнее взаимное притяжение и тем сильнее должен «разгоняться» процесс сближения. Если позади у нас бесконечное количество лет, все звезды (или все галактики) давно должны были притянуться друг к другу и слиться в один сверхплотный ком вещества (вероятно, очень горячего). Ничего подобного мы не наблюдаем — галактики разбросаны на огромных расстояниях друг от друга и не демонстрируют никакого стремления сближаться.

Изучение скоростей звезд показало, что звезды движутся под воздействием поля тяготения всей Галактики, причем достаточно быстро. Они не падают на центр масс Галактики (на сверхмассивную черную дыру, которая там обитает), потому что обладают достаточными скоростями. Собственно, поэтому же Земля не падает на Солнце, Луна не падает на Землю и так далее — все тела движутся достаточно быстро (их скорости превышают первую космическую по отношению к тому телу, вокруг которого они обращаются). Все, что двигалось с меньшей скоростью, упало на центр Галактики[23], на Солнце, на Землю и так далее. Все, что двигалось со скоростью больше второй космической, давно улетело прочь. А все, что обладало скоростью в пределах между первой и второй космическими скоростями, и сейчас движется по эллипсам вокруг доминирующей массы.

Крупнейший в мире орбитальный радиотелескоп на космическом аппарате «Спектр-Р» обеспечил уникальное разрешение, став частью проекта, основанного на методе радиоинтерферометрии со сверхдлинной базой.

Так обстоит дело со звездами в Галактике. Но соседние галактики, в отличие от звезд, в подавляющем большинстве случаев не обладают достаточными скоростями, чтобы удержаться от слияния (падения друг на друга под влиянием взаимного притяжения). Так, например, наша Галактика Млечный Путь и ближайшая к нам соседка — галактика М31, движутся навстречу друг другу и через миллиарды лет сольются, сформировав единую огромную супергалактику. Возникает вопрос: почему это уже не произошло, если позади у нас бесконечное количество лет? За бесконечное число лет успеет произойти любой, даже самый медленный процесс. В конце XIX века строгое математическое обоснование парадокса опубликовали Карл Нейман (1832–1925) и Гуго фон Зелигер (1849–1924). Для того чтобы все массивные тела в бесконечной Вселенной не слились в единый ком вещества, потребовалось бы очень специфическое распределение масс в пространстве, какого мы не наблюдаем.

Парадокс Зелигера, или Зеелигера (старое написание), как его часто называют, указывал на то, что мы чего-то не понимаем и картина мира ­вечной и бесконечной стационарной Вселенной содержит какой-то изъян. Либо Вселенная не вечна (у нее когда-то было начало, и поэтому гравитирующие массы еще не успели сблизиться и слиться), либо Вселенная не бесконечна, либо мы еще что-то не учитываем...

Парадокс! Или запас кофе не бесконечен, или мы чего-то не учитываем.

Существовало также и еще одно рассуждение, получившее название фотометрический парадокс, или парадокс Ольберса (в честь немецкого астронома Генриха Ольберса (1758–1840)). Речь шла о следующем.

Если мы войдем в лес, то вскоре не увидим горизонта — нам его загородит сплошная стена из деревьев. Если же мы попытаемся смотреть между деревьями, наш взгляд все равно рано или поздно упрется в какое-нибудь дерево, и горизонт виден не будет.

Аналогия с лесным пейзажем усматривается в фотометрическом парадоксе Ольберса. Почему все небо не сплошь закрыто звездами и между звездами есть темные места?

Возвратимся из леса во Вселенную. Если Вселенная бесконечна, то, куда бы мы ни посмотрели, наш взгляд рано или поздно должен упереться в какую-нибудь звезду! Это произойдет обязательно, если Вселенная бесконечна, — ведь это означает, что в ней должно быть бесконечное количество звезд, заполняющих бесконечное пространство. Но тогда не должно быть никакого черного неба: весь небосвод должен сиять если не как поверхность Солнца, то, по крайней мере, как Млечный Путь.

Попытки спасти ситуацию, объясняя черное ночное небо тем, что в определенных направлениях свет звезд нам загораживают облака из пыли и газа, оказались несостоятельны. За бесконечное время облака прогреются излучением, должно установиться термодинамическое равновесие, нагретый газ тоже стал бы излучать свет, как звезды.

Кроме того, астрономы научились опознавать темные пылевые облака. Объяснить черное небо сплошными пылевыми облаками оказалось невозможно! Черное небо — это просто место, где нет звезд. С картиной мира, в которой присутствует бесконечное количество звезд, наблюдения явно не согласовывались.

Замечательно то, что оба противоречия — и гравитационный парадокс Зелигера, и фотометрический парадокс Ольберса — были хорошо известны ученым. Но идея бесконечной и вечной стационарной Вселенной тем не менее главенствовала в их головах. Наверное, подразумевалось, что когда-нибудь как-то и кому-то удастся объяснить оба парадокса. Отказаться от устоявшейся картины мира никто не предлагал.

Тем временем на рубеже XIX и XX веков в ­науке произошли грандиозные изменения. Новые приборы, новые технологии, новые возможности позволяли обнаруживать новые свойства мира.

Способность рентгеновского излучения проникать сквозь непрозрачные материалы и засвечивать фотопластинки привели к