Астрофизика с космической скоростью, или Великие тайны Вселенной для тех, кому некогда - Нил Деграсс Тайсон

Да, мы понятия не имеем, в чем тут дело. Однако это не абсолютное невежество. Темная энергия не мчится по волнам научных знаний без руля и без ветрил в виде хоть какой-нибудь теории. Она обитает едва ли не в самой тихой гавани на свете – в эйнштейновских уравнениях общей теории относительности. Это космологическая постоянная. Это лямбда. Чем бы ни оказалась темная энергия, мы уже знаем, как ее измерить и как рассчитать ее воздействие в прошлом, настоящем и будущем космоса. Так что величайшей ошибкой в жизни Эйнштейна было как раз объявить, что лямбда – его величайшая ошибка.

* * *

Охота в разгаре. Теперь мы знаем, что темная энергия существует на самом деле, и группы астрофизиков запустили многообещающие программы с целью измерить расстояния и рост структуры Вселенной на основании данных с земных и космических телескопов. Эти наблюдения позволят изучить во всех подробностях, как темная энергия повлияла на историю расширения Вселенной, так что теоретикам будет чем заняться. Им очень нужно оправдаться за то, как они опозорились с оценкой количества темной энергии.

Может быть, нам нужна какая-то альтернатива ОТО? Может быть, следует кардинально пересмотреть отношения между ОТО и квантовой механикой? А может быть, еще не родился тот умник, который разработает теорию темной энергии?

Лямбда и расширяющаяся Вселенная примечательны тем, что отталкивающая сила возникает из вакуума, а не из чего-то материального. Когда вакуум расширяется, плотность вещества и известной нам энергии во Вселенной уменьшается – и тем сильнее становится относительное воздействие лямбды на положение дел в космосе. Чем сильнее отталкивающее давление вакуума, тем вакуума больше, а чем больше вакуума, тем сильнее его отталкивающее давление – этим и объясняется бесконечно возрастающее по экспоненте расширение Вселенной.

А следовательно, все то, что не связано гравитационными узами с окрестностями Млечного Пути, будет удаляться от нас с возрастающей скоростью – в рамках ускоряющегося расширения ткани пространства-времени. Далекие галактики, которые мы сейчас видим на ночном небе, в конце концов скроются за недостижимым горизонтом, поскольку будут удаляться от нас со скоростью больше скорости света. Да-да, такое возможно, поскольку это не они сами движутся через космическое пространство со сверхсветовой скоростью – это ткань самой Вселенной несет их. Законы физики этого не запрещают.

Пройдет около триллиона лет, и все живое в нашей галактике, вероятно, не будет знать, что существуют и другие галактики. Вся наблюдаемая Вселенная сведется к горстке близких долгоживущих звезд в пределах Млечного Пути. А за звездной ночью раскинется безграничная пустота – тьма на поверхности бездны.

Темная энергия, фундаментальное свойство космоса, в конце концов лишит будущие поколения возможности понять устройство Вселенной, с которой они имеют дело. Если современные астрофизики не оставят подробные записи по всей галактике и не закопают их где-нибудь в удивительной капсуле времени, рассчитанной на триллион лет, ученые пост-апокалиптической эпохи не будут знать ничего о галактиках, главнейшей форме организации вещества в нашем космосе, а следовательно, лишатся доступа к самым интересным страницам космической драмы нашей Вселенной.

А теперь познакомьтесь – мой самый страшный сон: вдруг и мы тоже упускаем из виду какие-то фундаментальные свойства, которыми обладала Вселенная в прошлом? Какие страницы космической истории помечены для нас грифом «совершенно секретно»? Чего не хватает в наших теориях и наших уравнениях – вдруг в них нет того, без чего мы будем вынуждены вечно вслепую задавать вопросы без ответов?

Чтобы ответить на самые тривиальные вопросы, зачастую требуются глубокие и обширные знания о космосе. На уроке химии в школе я спросил учителя, откуда взялись элементы из таблицы Менделеева. Он ответил, что из земной коры. Спасибо. Не сомневаюсь, что образцы для школьной лаборатории были взяты именно оттуда. А откуда они появились в земной коре?

Ответ нужно искать в области астрономии. Но так ли уж необходимо знать, откуда взялась и как развивалась Вселенная, чтобы ответить на этот вопрос?

Да, необходимо.

Во время Большого взрыва выработались лишь три элемента из всех встречающихся в природе.

А все остальные выплавлены в высокотемпературных недрах звезд и во время взрывов умирающих звезд, благодаря чему последующие поколения звездных систем смогли воспользоваться этими богатствами и сформировать планеты, а в нашем случае еще и людей.

Для многих периодическая таблица Менделеева – это какая-то полузабытая диковина, огромный плакат, расчерченный на квадраты с какими-то загадочными буквами, который они последний раз видели на стене кабинета химии в школе. А между тем, эта таблица должна служить культурной иконой, свидетельством успехов науки как общечеловеческого начинания, достигнутых и в лабораториях, и на ускорителях частиц, и на границах неизведанного во Вселенной – ведь она представляет собой организационный принцип химического поведения всех элементов во Вселенной, и уже известных, и еще не открытых.

И все же то и дело даже ученые нет-нет да и сочтут таблицу Менделеева этаким зоопарком невиданных зверей из детской книжки. А иначе разве можно поверить, что натрий – ядовитый реактивный металл, который можно резать столовым ножом, а чистый хлор – вонючий смертоносный газ, но если их совместить, получится хлорид натрия – безвредное и даже необходимое для жизнедеятельности соединение, известное как поваренная соль? А водород с кислородом? Один – взрывоопасный газ, другой запускает процессы окисления, а вместе они составляют жидкую воду, которой тушат огонь.

Среди всех этих химических головоломок мы обнаруживаем и элементы, играющие важную роль в жизни всей Вселенной, а потому позвольте представить таблицу Менделеева глазами астрофизика.

Водород

Ядро водорода состоит всего из одного протона, вот почему это самый простой и легкий элемент, возникший целиком и полностью во время Большого взрыва. В природе встречаются 94 элемента, однако именно водород составляет более двух третей всех атомов в человеческом организме и более 90 % всех атомов в космосе на любых масштабах вплоть до Солнечной системы. В ядре массивной планеты Юпитер водород находится под таким давлением, что ведет себя не как газ, а как металл, проводящий электричество, и создает магнитное поле – самое сильное среди всех планет. Водород открыл английский химик Генри Кавендиш в 1766 году, когда проводил эксперименты с H2O (водород недаром получил такое название). Однако астрофизики знают Кавендиша как первого ученого, который рассчитал массу Земли, после того как измерил точное значение гравитационной постоянной в знаменитом ньютоновом законе всемирного тяготения.