«Высший замысел»: глава из книги
Сегодня читаем отрывок из главы «Выбирая нашу Вселенную» книги Стивена Хокинга и Леонарда Млодинова «Высший замысел. Взгляд астрофизика на сотворение мира» издательства «АСТ».
В мифологии народа бушонго, живущего в Центральной Африке, говорится, что изначально существовали только темнота, вода и великий бог Бумба. Однажды Бумбу из-за боли в животе стошнило, и он изверг солнце. Через некоторое время солнце высушило часть воды, в результате чего возникла суша. Но живот у Бумбы все еще болел, и его продолжало тошнить. Так появились луна, звезды, затем некоторые животные: леопард, крокодил, черепаха — и наконец человек. Племена майя на территории Мексики в Центральной Америке описывают похожую картину, предшествующую сотворению мира: существовали только море, небо и Творец. В одной из легенд майя Творец, несчастный оттого, что некому было прославлять его, создал землю, горы, деревья и большинство животных. Но животные не умели разговаривать, и тогда он решил создать людей. Сначала он сделал их из грязи и земли, но они говорили всякую ерунду. Оставив их разваливаться, он предпринял вторую попытку, на этот раз вырезав людей из дерева. Но эти люди получились тупыми. Он решил уничтожить их, но они сбежали в лес, получив по пути повреждения, которые немного изменили их, превратив в существа, называемые сегодня обезьянами. После этого фиаско Творец нашел, наконец, подходящий состав и создал первых людей из белых и желтых зерен кукурузы. Сегодня из кукурузы мы делаем этиловый спирт, но так и не можем потягаться с достижением Творца, создавшего людей, которые этот спирт пьют.
Подобные мифы о сотворении мира пытались ответить на вопросы, которые и мы задаем в этой книге: почему существует Вселенная и почему она такая, как есть. Наша способность обращаться к этим вопросам постоянно возрастала в течение столетий со времен древних греков, а особенно сильно выросла за прошлое столетие. И теперь, вооруженные знаниями из предыдущих глав, мы готовы предложить возможный ответ на эти вопросы.
Даже в древние времена могло быть очевидным, что либо Вселенная совсем недавнее творение, либо люди существовали на протяжении лишь очень краткого периода космической истории. Поскольку знания и техника людей развивались весьма быстро, то если бы люди существовали миллионы лет, человечество в своем развитии ушло бы гораздо дальше.
Согласно Ветхому Завету, Бог создал Адама и Еву всего через шесть дней после сотворения мира. Епископ Ашшер, Примас всей Ирландии с 1625 по 1656 год, определил начало мира более точно: в 9 часов утра 27 октября 4004 года до н. э. Мы придерживаемся другого мнения: люди появились сравнительно недавно, но сама Вселенная зародилась много раньше — около 13,7 миллиарда лет назад.
Первое действительно научное свидетельство того, что Все- ленная имела начало, появилось в 1920-х годах. Как мы уже говорили в главе 3, в то время большинство ученых полагали, что Все- ленная статична и существовала всегда. Свидетельство обратного было косвенным, основанным на наблюдениях американского астронома Эдвина Хаббла, которые он выполнил на 100-дюймовом телескопе обсерватории Маунт-Вилсон, расположенной на холмах над Пасаденой в Калифорнии. Проанализировав спектры света, приходящего от далеких галактик, Хаббл определил, что почти все галактики удаляются от нас и чем дальше они находят- ся, тем быстрее удаляются. В 1929 году он опубликовал закон об отношении скорости их удаления к расстоянию от нас и сделал вывод, что Вселенная расширяется. Если это так, то в прошлом Вселенная должна была быть меньше. Действительно, если экстраполировать процесс в далекое прошлое, то вся материя и энергия во Вселенной должны были быть сконцентрированы в совсем крошечном объеме с невообразимой плотностью и температурой. Если же мы заглянем в прошлое достаточно далеко, то обнаружим, что должен быть тот момент, с которого все началось, — сегодня мы называем это событие Большим взрывом.
Представление о том, как Вселенная расширяется, имеет не- которую тонкость. Например, мы не имеем в виду, что Вселенная расширяется таким образом, как, скажем, кто-то может расширить свой дом, снося стену и пристраивая новую комнату на месте, где раньше стоял величественный дуб. Пространство, скорее, растягивается — расстояния между любыми двумя точками внутри Вселенной постоянно увеличиваются.
Такое представление возникло в 1930-х годах в обстановке больших противоречий, но одним из наиболее удачных способов для иллюстрации процесса расширения Вселенной до сих пор является метафора, предложенная в 1931 году английским астрономом Артуром Эддингтоном (1882−1944) из Кембриджского университета. Он уподобил Вселенную поверхности надуваемого резинового шарика, а все галактики — точкам на этой поверхности. Эта картина ясно показывает, почему дальние галактики удаляются быстрее, чем ближние. Например, если радиус шара увеличивается вдвое каждый час, то и расстояние между двумя галактиками на шаре будет каждый час удваиваться.
Если в какое-то время две галактики находятся в одном дюйме друг от друга, то через час они окажутся в двух дюймах друг от друга, то есть они будут выглядеть удаляющимися одна от другой со скоростью один дюйм в час. Но если начальное расстояние между ними было два дюйма, то час спустя между ними будет уже четыре дюйма, — следовательно, скорость их взаимного удаления будет равна двум дюймам в час. Это как раз то, что и обнаружил Хаббл: чем галактика дальше, тем быстрее она от нас удаляется.
Важно понимать, что расширение пространства не влияет на размер материальных объектов, таких как галактики, звезды, яблоки, атомы и другие тела, удерживаемые вместе той или иной силой. Например, если мы обведем в круг группу галактик на шаре, этот круг не будет расширяться вместе с шаром. Поскольку галактики удерживаются гравитационными силами, при увеличении шара нарисованный нами круг и галактики внутри него будут сохранять свои размеры и очертания. Это нужно учитывать, потому что мы можем выявить расширение, только если наши измерительные инструменты имеют фиксированные раз- меры. Если бы все свободно расширялось, то мы сами, наша из- мерительная рулетка и наши лаборатории расширялись бы пропорционально расширению пространства, и мы бы не заметили никакой разницы.
Для Эйнштейна утверждение о расширении Вселенной оказалось новостью. Но предположение о возможности того, что галактики удаляются друг от друга, было высказано им на теоретических предпосылках еще за несколько лет до статей Хаббла. В 1922 году российский физик и математик Александр Фридман (1888−1925) рассмотрел, что должно произойти в модельной Вселенной, основанной на двух допущениях, значительно упрощающих математические расчеты: что Вселенная выглядит одинаково в любом направлении и что она выглядит так из любой точки наблюдения. Сейчас мы знаем, что первое допущение Фридмана не совсем верно — к счастью, Вселенная не везде одинакова! Если мы посмотрим в одну сторону, то можем увидеть Солнце, в другую — Луну или стаю мигрирующих летучих мы- шей. Но Вселенная выглядит примерно одинаковой в любом направлении, если рассматривать ее в гораздо более крупном масштабе — даже крупнее, чем расстояния между галактиками. Это что-то вроде взгляда на лес с высоты птичьего полета. Если вы достаточно близко, то можете увидеть отдельные листья или хотя бы деревья и промежутки между ними. Но если вы так высоко, что большим пальцем можете заслонить квадратную милю леса, то деревья сольются в единое зеленое пятно. И в таком масштабе мы бы сказали, что лес однороден.
Основываясь на своих допущениях, Фридман смог найти решение уравнений Эйнштейна, при котором Вселенная расширялась именно так, как вскоре предстояло обнаружить Хабблу. В частности, в модели Фридмана Вселенная начинается с нулевого размера и расширяется до тех пор, пока гравитационное притяжение не остановит это расширение и в конечном счете не приведет ее к сжатию внутрь самой себя. (Как оказалось, есть два других типа решений уравнений Эйнштейна, тоже удовлетворяющих допущениям модели Фридмана: одно — соответствующее Вселенной, в которой расширение продолжается вечно, хотя и с небольшим замедлением, а другое — для Вселенной, в которой скорость расширения постоянно замедляется, стремясь к нулю, но никогда его не достигая.) Фридман умер через несколько лет после публикации своей работы, и его идеи оставались почти неизвестными вплоть до периода, последовавшего за открытием Хаббла. Но в 1927 году бельгийский профессор астрофизики, римско-католический священник Жорж Леметр (1894- 1966) предложил похожую идею: если проследить историю мира назад, в прошлое, то Вселенная будет становиться все меньше и меньше, пока не наступит событие, приведшее к ее творению, — то, что мы сегодня называем Большим взрывом.
