Вселенная. Емкие ответы на непостижимые вопросы - Брайан Грин

Сегодня я расскажу вам о сигнале, доходящем от начала вселенной. Такие разговоры обычно заводят меня в религиозные дебри, но сегодня я все же постараюсь внятно рассказать вам о том, как мы узнали о вселенной много нового. Источником этого нового знания стал свет – свет, дошедший до нас от начала времен, от времен чуть более поздних и от времен не столь далеких. Этот свет многое говорит нам о природе вселенной и космическом влиянии на Землю. Наш век вполне можно сравнить с эпохой Великих географических открытий, когда путешественники из Португалии и Испании исследовали Землю, только теперь мы исследуем всю вселенную.

Чтобы ввернуть красивую метафору, я сравню нашу работу с детективным расследованием. Мы случились во вселенной и теперь пытаемся выяснить, что, собственно, произошло. Рыщем по месту преступления и пытаемся восстановить картину. Находим улики и подсказки. Если мы правильно их интерпретируем, то узнаем в точности, что было здесь до нас. Все вы, наверное, смотрите детективные сериалы и знаете, что пары анализов и сложной компьютерной симуляции достаточно, чтобы воссоздать все условия преступления и вычислить преступника. Вот примерно этим мы и занимаемся. И позвольте напомнить, что воссоздать нам нужно не комнатку или темную аллею, но вселенную со всем ее содержимым.

Одна из замечательных вещей, о которых вы, наверное, слышали хотя бы краем уха – изображение Hubble Ultra Deep Field (см. стр. 2 вклейки). Когда я был молод, мы обсуждали отдельные галактики или пару скоплений, а теперь мы видим это – больше 2000 галактик на одном снимке. Практически все, что видно на этой знаменитой фотографии, кроме пары звезд, – это галактики. Видно, что они отличаются по цвету и размеру. Некоторые из них совсем небольшие и имеют странную форму. Вы видите овалы и спирали. Просто взглянув на это изображение, вы понимаете, насколько много галактик во вселенной! Вы слышали цифру «100 миллиардов» и думаете: зачем нужны 100 миллиардов галактик, если одной Солнечной системы вполне достаточно?

Солнечной системы хватает для жизни, так что к чему нам 400 миллиардов звезд и 100 миллиардов галактик? Это требует объяснения.

Если потратить какое-то время на анализ снимка, можно увидеть определенный переход. Галактики поменьше (то есть более далекие от нас) обладают неправильными формами и, что удивительно (не забывайте, что вселенная расширяется), они белее и голубее – а это значит, что они горячее. И они не просто горячее, а гораздо горячее, потому что из-за расширения вселенной их свет должен был бы смешаться в красную сторону, но их температура оказывается выше, чем у соседних галактик, тех, что имеют желтый оттенок.

Кажется, что такое не объяснить на пальцах, но на деле это гораздо проще, чем можно подумать. У нас есть один простой инструмент, наш главный источник информации – свет, который, хотя и путешествует очень быстро, но все же имеет конечную скорость, а вселенная при этом огромна. Когда мы заглядываем куда-то очень далеко, скажем, если я прямо сейчас сделаю фотографию Солнца, то на снимке будет видно, каким оно было восемь минут назад, потому что свет преодолевает расстояние от Солнца до Земли за восемь минут. Если мы взглянем на Юпитер, то увидим, каким он был 40 минут назад.

Недалекие от нас звезды мы видим такими, какими они были десятки лет назад. Если говорить о центре Галактики, то мы видим его с задержкой во много тысячелетий. От туманности Андромеды свет к нам летит два миллиона лет. Будь у нас фотография Земли два миллиона лет назад, мы сравнили бы ее с нынешней Землей и нашли бы много отличий – никакой Великой китайской стены, никаких городов, ничего. Никаких следов присутствия человека, потому что никакого человека, скорее всего, еще и не было.

Мы можем для удобства представить, что находимся в центре нескольких сфер, расположенных одна в другой. Мы наблюдаем за светом, который движется к нам (наблюдателям). Радиус каждой сферы измеряется не только расстоянием, но и временем. Это как бы путешествие в прошлое. Так что если мы поймем, что происходит в каждой сфере, то сможем реконструировать историю вселенной с самого ее начала.

Давайте представим начало вселенной как сферу, которая находится дальше всего от нас. Настоящее – это ближайшая к нам сфера, все, что находится в пределах световой секунды (примерно расстояние от Земли до Луны). Мы находимся в спиральной галактике, примерно посередке одного из рукавов, вокруг нас эти воображаемые сферы, отмеряющие время-расстояние. Если мы взглянем на своих ближайших соседей, то увидим уже проэволюционировавшие спиральные галактики и эллиптические галактики.

Если заглянуть дальше, то мы начнем замечать «неправильные» галактики. Они еще не развились, не слились с другими галактиками, не приняли форму спирали или эллипса. Давайте еще раз проговорим этот концепт космических временных сфер: начало времен – где-то далеко (край вселенной, дальше некуда), настоящее – прямо здесь, на Тенерифе, а вокруг нас – миллиарды галактик. Мы не можем все их сфотографировать или изобразить, так что просто представьте 100 миллиардов галактик: те, что рядом с нами – сформировавшиеся, похожие на нашу, а далекие галактики (те, что раньше считались «неправильными»), просто еще не развились.

Изучая галактики, мы можем создать как бы карту всего объема самой большой сферы. Эта карта понадобится вам не только чтобы найти дорогу, когда вы полетите в гости к другу на своем космолете, но и чтобы буквально увидеть историю вселенной своими глазами. Такова наша задача.

Теперь давайте минутку поговорим о фильмах. Один из них я упоминаю, потому что в аудитории сидит Джилл Тартер, – это фильм «Контакт» 1997 года с Джоди Фостер в главной роли, где она встречается с пришельцами. Джилл во многом была прототипом персонажа Фостер. Если вы посмотрите «Контакт», то увидите, что естественное освещение там создает не Солнце, а Джоди Фостер. Можете посмотреть одну из частей фильма с ужасными звуками, которые изображают исходящие радиоволны. Итак, мы пролетаем Марс и пояс астероидов. Если прислушаться, можно услышать звуки высадки на Луну, звуки убийства Кеннеди и так далее.

В фильме есть важный эпизод, где камера (вместе с главной героиней) пролетает мимо планет, удаляясь от Земли. Каждому астронавту ведь известно, что для любого полета планеты выстраиваются в идеальную прямую линию, правда? Эту сцену явно было сложно и дорого снимать, зрители, должно быть, были в восторге. Так на какой же информации все это основывалось в 1997 году? Сейчас кажется, что это какие-то пещерные времена. Но к этому времени мы уже посещали планеты нашей системы, посылали туда зонды и у нас уже были неплохие снимки этих планет. И вот, когда камера пролетает мимо пояса Копейра и облака Оорта, зритель начинает видеть другие звезды – и с этого момента киношникам пришлось выдумывать большую часть картинки вплоть до встречи Джоди с инопланетянами. Но кое-что мы все-таки знали наверняка, потому что телескоп Хаббл уже какое-то время работал. Вот камера пролетает через знаменитое облако межзвездного газа и пыли в туманности Орел – оно называется Столпы Творения. В этой точке нашей Галактики идет активное звездообразование. Когда звезды нагреваются, они испаряют вещество вокруг себя и отталкивают его, из этих испарений и появились Столпы Творения.