Простая сложная Вселенная - Кристоф Гальфар

В любом случае важно во всей этой истории то, что сделанная бабушкой за минуту до отправки открытки фотография, которую вы сейчас держите в руках, вряд ли по-прежнему соответствует ее внешности сейчас. Бабушка даже вполне может оказаться мертвой, как некоторые из звезд там, в вышине. Не волнуйтесь, ваша бабушка здорова, и вы еще получите от нее парочку ваз и даже совершите несколько попыток научить ее рассылать письма по электронной почте вместо открыток. Несомненно, дело пойдет быстрее. Но переписка не станет мгновенной. Ничто не мгновенно. С помощью электронной почты вы все равно получите ее фотографию через долю секунды после отправки. Так что повторюсь: когда она доберется до вас, бабушка уже может быть мертва.

Данная идея заключается не в том, чтобы внушить вам параноидальную мысль, что все, кого вы знаете, могут быть мертвы. Скорее она иллюстрирует, что происходит в космосе, где самый быстрый почтовый сервис, возможно, использует в качестве коммуникационного устройства свет. И каким бы быстрым он ни был, свет весьма далек от мгновенного перемещения. В космическом пространстве его непревзойденная скорость достигает ошеломляющих 299 792,458 километра в секунду. Пока вы читаете это предложение, свет может двадцать шесть раз облететь вокруг Земли. Он – самая быстрая вещь в нашем мире, но удивительно медленная для космоса, учитывая местные межгалактические расстояния.

Далее, свет звезды всегда несет в себе ее отпечаток. Он выстреливает в космическое пространство со скоростью света, и ему может понадобиться довольно много времени, чтобы добраться до нас. Это означает, что да, самые дальние видимые звезды, вероятно, погибли. Но не все. Солнце, например, нет. Если быть более точным, сейчас наверняка этого никто не знает, но Солнце не умерло восемь минут и двадцать секунд назад.

Как вы видели в первой части, солнечному свету понадобится около восьми минут и двадцати секунд, чтобы пролететь разделяющие нас 150 миллионов километров. Это означает, что, если бы Солнце сейчас перестало светить, мы бы узнали о такой (достаточно большой) проблеме через восемь минут и двадцать секунд. Это также означает, что с Земли вы всегда будете видеть Солнце восемь минут и двадцать секунд назад. Никогда таким, как в данный миг. Солнце в небе солнечным днем на самом деле никогда не является таким, каким вы его видите. Оно даже больше не находится на этом месте. За восемь минут и двадцать секунд, необходимые для достижения его светом вашей кожи, Солнце пройдет около 117 300 километров по своей орбите вокруг центра Галактики.

Далее, самый отдаленный свет, который удалось обнаружить в нашей Вселенной, добирался до объективов телескопов целых 13,8 миллиарда лет, как раз с того момента, когда Вселенная стала прозрачной.

Огромных звезд, начавших светить через несколько сотен миллионов лет после этого события, безусловно, больше не существует, даже если их свет до сих пор доходит до Земли, делая их для нас видимыми.

То же самое можно сказать и о многих других звездах, расположенных между Солнцем и отдаленными уголками Вселенной.

24 января 2014 года, например, астрономы наблюдали в ночном небе взрыв звезды в далекой галактике. Они увидели его «в прямом эфире», как только свет взрыва достиг их телескопов. Насколько нам известно, звезда считается погибшей с 24 января 2014 года. Но если бы существовал тот, кто жил рядом с ней и был свидетелем взрыва, он назвал бы другую дату – 12 миллионов лет назад.

* * *

Подведем итог. Если мы собираемся исследовать космос с Земли, современные технологии не оставляют нам особого выбора: необходимо использовать свет. Никто не может переместиться на другой конец Вселенной. Никто не может телепортироваться туда мгновенно. В итоге, как и в случае с видимой Вселенной, рассматривание ночного неба похоже на получение со всех сторон авторских фотооткрыток, проштампованных в разное время в различных местах прошлого Вселенной в соответствии с тем, когда и откуда они начали свой путь. Только собрав воедино все эти открытки, начиная с границ Вселенной, мы сможем воссоздать кусочек ее истории, какой она видна с Земли.

Именно тот кусочек, который вы облетели в первой части.

Повторюсь: все сведения о далекой Вселенной получены из доходящего до нас света.

Для его расшифровки и понимания необходимо точно выяснить, какую информацию несет в себе свет и как он взаимодействует с материей и ее строительными блоками – атомами, с которыми он встречается в космосе.

В следующей части книги вы погрузитесь в самое сердце атомов, но на данный момент все знать о них не нужно. Давайте просто уточним, что атомы можно описать как круглые ядра, окруженные вращающимися вокруг электронами, и эти электроны не беспорядочны, а организованы в определенные оболочки вокруг ядра.

Может оказаться заманчивым представить их в качестве планет, кружащихся вокруг центральной звезды, но это может привести к путанице – собственно, мы и называем траектории электронов вокруг своих атомных ядер орбиталями с единственной целью: отличить их от планетарных орбит.

Имея нужную скорость, теоретически планета может вращаться вокруг своей звезды на любом предпочитаемом расстоянии, но это, безусловно, не случай с электронами. В отличие от планетарных орбит, орбитали отделены друг от друга запретными для электронов зонами – местами, где электронов просто не может быть. Кроме того, электроны также способны легко и непринужденно перепрыгнуть эти запретные области с одной орбитали на другую.

Тем не менее, и это ключевой момент, просто так скакать не получится.

Для перемещения с одной орбитали на другую электроны должны поглотить или выделить некоторую энергию.

И так как чем дальше электрон расположен от ядра атома, тем большим запасом энергии он обладает, то, чтобы перепрыгнуть на следующую, более удаленную от центра орбиталь, ему необходимо получить некоторую энергию, так же как пламя горелки заставляет подняться в воздух воздушный шар.

И наоборот, чтобы приблизиться к ядру, электрон должен избавиться от некоторой части энергии, как клапан выпуска горячего воздуха в воздушном шаре помогает ему вернуться на Землю.

Но откуда же берется эта энергия?

Оттуда же, откуда свет: электроны могут перепрыгивать с одной орбитали на другую, поглощая или испуская свет. Но не просто свет.

Переход с одной орбитали на другую заставляет электроны перепрыгивать разделяющие их запретные зоны, и осуществление такого поступка включает в себя поглощение или отдачу определенного количества энергии, соответствующего определенному световому лучу. Если бы попадающий на них свет был недостаточно насыщен энергией, то электроны не смогли бы совершить прыжок и остались бы на своем месте. И наоборот, при попадании на них чересчур заряженных энергией световых лучей они могут перепрыгнуть через несколько таких зон и даже вылететь из своего атома.