ЧАСТЬ 1. ПРЕДЫСТОРИЯ
ЖЕНЕВСКИЙ ПРОЛОГ
Пуск Большого Адронного Коллайдера (БАК) в Женеве необычайно усилил интерес к гипотезе Большого Взрыва, с которого, как считает современная наука, началось расширение Вселенной. Физики шаг за шагом приближаются к плотности вещества, которая была в первые секунды Вселенной. Первые два года работы БАК ещё не дали каких-либо ошеломляющих результатов, это успокаивает. С декабря царь-ускоритель остановлен (в Швейцарии берегут электроэнергию, в зимнее время она особенно необходима для населения), и его работа будет возобновлена весной следующего года, когда в Женеве зацветут тюльпаны. Научная отдача от работы ускорителя в следующем году, как ожидается, будет невелика, после чего его собираются остановить на долговременный ремонт. Пока есть время, пока над всей Швейцарией безоблачное небо, попробуем разобраться, откуда есть пошёл Большой Взрыв, и как родилась идея расширения Вселенной.
КАК ЛЮДИ РАСШИРЯЛИ ВСЕЛЕННУЮ
Начнём с того, что задолго до идеи Большого Взрыва Вселенная уже расширялась в нашем представлении о ней. Для древних Вселенной была Земля. И ещё, конечно, небосвод с небесными светилами, но все эти «сокровища звёздного неба» воспринимались больше как украшения Земли(1).
Земля недвижна, неба своды,
Творец, поддержаны тобой,
Да не падут на сушь и воды
И не подавят нас собой.
А. С. Пушкин,
«Подражания Корану»
Земля была плоской. Небесный купол держали атланты. Вопрос о том, на чём стоит сама Земля, и почему, как всё тяжёлое, не падает вниз, был не менее серьёзным, чем вопрос о том, на чём держится небесная сфера, и этот вопрос решался по-разному. Греческие философы, перелопатив греческую мифологию и мифы других, более древних народов мира, создали свои первые философские системы. О строении и происхождении мира высказывались Фалес Милетский и его ученики Анаксимен и Анаксимандр, Анаксагор...
Каждый творил Вселенную по-своему. Они были философами, поэтами, учёными и уже верили в возможность рационального познания мира.
Ксенофан Колофонский, поэт и философ, например, считал, что Земля своими недрами уходит в бесконечность, и вопрос о том, на чём она держится, не имеет смысла.
Пифагор придал Земле форму шара. Скорее всего, из математических и эстетических соображений. Фраза, выхваченная из Интернета: «Нам, с детства привыкшим к шарообразности Земли, трудно почувствовать всю силу этой догадки». Рухнула вертикаль, на которой держалось всё мироздание: земля и подземный мир, а выше — небо, точнее, небеса(2). Естественное стремление тяжёлых предметов падать вниз сменилось естественным движением к центру.
Парменид поместил в центр Земли богиню любви Афродиту, чтобы объяснить природу тяготения, а Аристотель в своих построениях уже ограничивался одними постулатами: всё тяжёлое стремится к центру Земли, а всё лёгкое стремится в обратном направлении.
Гераклид Понтийский придал Земле вращение вокруг собственной оси, и суточное вращение небесных светил получило объяснение.
Небосвод отпал за ненадобностью, но небесная твердь осталась и нашла себе применение в виде небесных сфер.
Аристотель сделал существенный шаг назад — он остановил Землю: греки уже знали о центробежной силе, и если бы Земля вращалась, всё с её поверхности унеслось бы в небо — логично? Остановилась Земля — пришли в движение небесные сферы, и на которых укрепились, каждая на своей, планеты, Солнце, Луна и звёзды.
Аристотель убедился в шарообразности Земли, наблюдая за лунными затмениями. Он же объяснил лунные фазы, предположив, что Луна — это шар, который светит отражённым светом. Он же определил радиус Земли, ошибся всего в два раза.
Но были и другие системы мира. Развивая ранние идеи пифагорейцев о Центральном Огне, Аристарх Самосский (II век до н. э.) поставил в центр мироздания Солнце; Маркс называл его Коперником античности. К звёздам Аристарх подошёл нетривиально: он удалил их на бесконечность. Параллакса-то у них нет...
И всё-таки дальнейшее развитие получила именно геоцентрическая система — сначала у Гиппарха, а затем, достигнув своего совершенства, — у Птолемея.
Через тысячу лет Коперник расставил небесные светила в Солнечной системе так, как мы это представляем сейчас; он также вернул Земле суточное вращение, но так и не решил, что делать со звёздами. Возможно, он догадывался, что звёзды чудовищно далеки от нас, но ни подтвердить это, ни опровергнуть этого с инструментами его времени было невозможно(3).
МЫ — ДЕТИ ГАЛАКТИКИ
В XVIII веке Вселенной стала Галактика; о её размерах строились догадки.
Открылась бездна звезд полна;
Звездам числа нет, бездне дна.
М. В. Ломоносов
Английский астроном Томас Райт догадался, что Млечный путь — это звёздный остров, имеющий форму диска, который мы видим с ребра; позднее выяснилось, что ту же догадку высказывал ещё Демокрит.
Идею звёздных островов развил Вильям Гершель — музыкант и мастер лучших телескопов своего времени, он в какой-то момент своей жизни решил посвятить себя полностью астрономии; он открыл Уран и две с половиной тысячи туманностей.
На важную роль туманностей в мироздании первым обратил внимание Галлей. В тот век все увлекались кометами. Галлей и сам внёс в науку о кометах значительный вклад. Он догадался, что кометы возвращаются. Опираясь на только что открытый закон всемирного тяготения, он предсказал дату возвращение кометы, которая теперь носит его имя.
Астрономы приняли замечание о туманностях к сведению, но продолжали гоняться за кометами. Гершель первым из астрономов Нового времени, по-видимому, предположил, что некоторые туманности могут оказаться такими же звёздными островами, как наш Млечный путь, повторив тем самым ещё раз догадку Демокрита.
XIX век так и не решил вопрос о природе туманностей. Астрономы активно занимались Солнечной системой. Открытие Нептуна — триумф небесной механики, открытие пояса астероидов — результат совершенствования телескопов, новая (в противоположность Канту) космогоническая теория Лапласа, строгое математическое доказательство устойчивости Солнечной системы…
Таков был путь космологии от Демокрита и Аристотеля до Канта и Лапласа.
ЧАСТЬ 2. КОСМОЛОГИЧЕСКАЯ РЕВОЛЮЦИЯ XX ВЕКА
ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ: ГРОМ СРЕДИ ЯСНОГО НЕБА
Радикальные изменения представлений о Вселенной пришлись на начало XX века. Были открыты белые карлики — удивительные, едва заметные в звёздном небе небесные светила с чудовищными плотностями. Были заложены основы теоретической астрофизики. Но самым потрясающим оказался твёрдо установленный факт, что Вселенная не только расширяется в нашем представлении о ней, но и сама по себе. Из геологии и биологии в астрономию пришла идея эволюции. Для физиков и астрономов это явилось полной неожиданностью.
К самому факту рождения Вселенной учёные не были готовы. Вопросы происхождения и возраста Вселенной традиционно оставлялись Церкви. По разным соображениям, в том числе политическим, эти вопросы выводились за пределы научной проблематики. Согласно христианской традиции мир насчитывает несколько тысячелетий. А наука всегда предпочитала видеть Вселенную вечной, и вопросы её происхождения и возраста отпадали, таким образом, сами собой(4).
Да и не было никаких видимых свидетельств в пользу эволюции Вселенной. Из столетия в столетие ходили небесные светила по кругу. Их видимые движения легко объяснялись вращениями Земли вокруг своей оси и Солнца. То, что звёзды всё-таки смещаются, а значит, имеют собственные скорости движения, было замечены только в начале XVIII века. Оказалось, что со времён Гиппарха, начертившего звёздный атлас, некоторые звёзды немного изменили своё положение, и первым на это обратил внимание всё тот же Эдмонд Галлей в 1721 году.
ЧЕЛОВЕК, ОТКРЫВШИЙ МЕТАГАЛАКТИКУ И РАЗБЕГАНИЕ ГАЛАКТИК
Об Эдвине Хаббле говорят, что он сделал самое большое открытие в науке — открыл Метагалактику. Он первым разложил галактики на звёзды. Он экспериментально доказал разбегание галактик и сформулировал закон, по которому они разбегаются.
Астрономия была его призванием. Он понял это не сразу. Юрист по образованию, он поработал год по специальности, а потом, забросив юриспруденцию, приступил к изучению точных наук. Его первую самостоятельную работу по астрономии прервала Первая мировая война. Сейчас, почти через сто лет, нам трудно представить, как велики были надежды на то, что эта война станет последней войной в Европе. В звании майора Хаббл вернулся домой и взялся за астрономию.
Для близорукого человека всякая звезда — туманность. Задача астронома, напротив, — разложить туманности на звёзды. А для этого нужен хороший телескоп. Начиная с Галилея, первооткрывателем становился тот, у кого был лучший телескоп своего времени. И такой телескоп у Хаббла был. Хаббл заметил в некоторых туманностях вспышки сверхновых. Сначала — в туманности Андромеды, потом и другие туманности оказались звёздными островами, подобными нашей Галактике(5). Хотя у Хаббла были предшественники, всё-таки он первый. Орбитальный телескоп, запущенный в околоземное пространство, назван его именем. В качестве телескопа «Хаббл», великий астроном XX столетия продолжает совершать открытия...
С 1924-го по 1929 год число распознанных звёздных островов стало статистически значимым. Для большинства галактик было открыто так называемое «красное смещение»: если оно обусловлено эффектом Доплера, это значит, что галактики удаляются друг от друга. Самое удивительное, однако, заключалось в том, что скорости взаимного удаления галактик росли с увеличением расстояния между ними (6)!
В 1929 год — поворотный момент в истории космологии: Хаббл формулирует свой знаменитый закон Хаббла:
V = H x R,
где V — скорость удаления галактики, R — расстояние до неё, H — так называемая постоянная Хаббла(7).
Если повернуть время вспять, галактики соберутся вместе. А значит можно говорить о возрасте Вселенной. Оставалось надёжно установить постоянную Хаббла. Возраст Вселенной — с такими вещами не шутят! Первая оценка определила возраст Вселенной в 2 млрд. лет. Как потом оказалось, в определении постоянной Хаббла была допущена существенная ошибка, в результате чего Вселенная оказалась моложе Земли — кризис идеи был налицо, но об этом чуть позже.
ВОЗРАСТ ЗЕМЛИ
Первые научно обоснованные оценки возраста Земли сделали геологи. Чарльз Лайель установил законы оседания осадочных пород, и этим заложил основы научной геологии. Это позволило оценить возраст Земли, исходя из толщины осадочных пород и скорости их роста (которая считалась постоянной во времени). Оказалась, что Земля значительно старше, чем полагали ранее: по разным оценкам, её возраст составил от сотен тысяч до миллионов лет: «К примеру, в пещере Бриксхэм в Англии останки человека были обнаружены под мощным слоем известкового натёка, образовавшегося в результате длительного испарения раствора с ничтожным содержанием известняка»...
Вслед за геологами проблемой занялись физики. Герман Гельмгольц предположил, что источник энергии Солнца — гравитационное сжатие, и получил возраст Солнца 18 млн. лет. Значит, Земле меньше. Лорд Кельвин подошёл с другой стороны: взяв за основу гипотезу Лапласа о происхождении Солнечной системы из раскалённой материи, он по скорости остывания земной коры оценил возраст Земли в 25 млн. лет.
А через несколько лет будущий основоположник ядерной физики Эрнест Резерфорд по периоду полураспада радиоактивных веществ дал Земле 700 миллионов лет. К тридцатым годам XX столетия возраст Земли достиг 4,5 млрд. лет. Так родился космологический парадокс: возраст Вселенной — два миллиарда лет, Земли — четыре с половиной; одинокая Земля, ожидающая рождения Вселенной...
ЧАСТЬ 3. БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ
МОЖЕТ БЫТЬ, «СТАРЕНИЕ» ФОТОНОВ?
Путаница с возрастами заставила искать другое объяснение «красного смещения». Его пытались объяснить потерями энергии фотонов при их рассеянии на межгалактической материи. Если это так и фотоны, пришедшие к нам из глубин Вселенной, теряют по пути энергию, то всё становится на свои места. Но... Гипотеза «старения» фотонов, продержавшись до середины 40-х годов, тихо сошла в архив науки, обнаружив свою несостоятельность.
АНТИЧНОЕ НАСЛЕДИЕ И БЛИЖНИЙ ВОСТОК
Оставались возражения мировоззренческого характера. Бертран Рассел говорил: греки открыли нам красоту, евреи научили нас нравственности (и продолжают учить). Я думаю, говоря о красоте, мэтр имел в виду также и гармонию в широком смысле этого слова, включая симметрию, золотое сечение и радость рационального познания мира. Физики черпали (и продолжают черпать) вдохновение в античности. Но в античном наследии о происхождении Вселенной ничего нет. Ни в философии, ни в мифологии. У греков Хаос в мифологии сменяется Космосом — и всё. Никаких подробностей. Есть, правда, что-то у пифагорейцев, у Платона Космос конечен во времени, но для греков в целом всё это нехарактерно, не их стиль. Сотворение мира — это, скорее, Ближний Восток; «Бытие», которым открывается Ветхий завет, на самом деле переводится как «Происхождение». У одного человека в Интернете прочитал я, что в очередной день сотворения мира Творец «распростёр небеса». С точными ссылками на «Исход», Иеремию и Захарию — все эти пророки говорят об одном и том же. Вот вам и расширение Вселенной.
«ПЕРВОАТОМ» ЛЕМЕТРА
Вот почему Эйнштейн сразу отверг идею Леметра о «первоатоме»: всё это слишком напоминало библейские сказания. Зато Ватикан в 50-е годы объявил, что идея Леметра согласуется со Священным Писанием, а сам Леметр стал президентом Папской академии. В силу исторической случайности, которая позже была учтена, долгое время считалось, что именно он, Леметр, первым вывел из уравнений Эйнштейна расширение Вселенной.
Жорж Леметр — священник, математик, астроном, артиллерист. Получил перед Первой мировой войной инженерное образование, служил в артиллерийских войсках. После войны заинтересовался теологией, в 1922 году был рукоположен в сан священника, но продолжал заниматься наукой.
Познакомившись с ранее опубликованными работами Хаббла, Леметр нашёл решение уравнения Эйнштейна, из которого следовало расширение пространства, и предсказал открытие Хаббла. Хаббл не знал об этом предсказании. Но и Леметр не знал, что в своём предсказании он был не первым.
«НА КОНЧИКЕ ПЕРА»
Теоретическая космология родилась от релятивистской теории гравитации. Почти 10 лет Эйнштейн в одиночку работал над своей идеей, пытаясь привести «школьный» закон всемирного тяготения в соответствие с теорией относительности, и в 1915 году это ему удалось. Релятивистская теория гравитации, рождённая из теоретических и философских размышлений, почти не опиравшаяся на экспериментальный материал, стала триумфом его творца (8, 9). В 1916 году появились первые решения уравнения Эйнштейна, были предсказаны, в частности, чёрные дыры.
В 1917 году Эйнштейн, применив свою теорию к Вселенной в целом, обнаружил, что устойчивых решений нет. Спасая положение, он ввёл в уравнение так называемую космологическую постоянную и получил статическую модель Вселенной. Так родилась теоретическая космология.
Леметр был знаком с первыми публикациями Хаббла об относительных скоростях галактик. Он приравнял космологическую постоянную Эйнштейна к нулю и получил расширяющуюся Вселенную. В 1931 году на очередном конгрессе, посвящённом теории относительности, Эйнштейн сказал ему: ваша математика безупречна, месье Леметр, но в физике вы разбираетесь отвратительно. И, кстати, первым такое решение, как у вас, получил в 1922 году господин Фридман из Советской России.
Да! Петроградский профессор Александр Александрович Фридман первым нашёл решения уравнения Эйнштейна, описывающие расширяющуюся Вселенную. И даже, в качестве курьёза, как он сам выразился, сделал оценку возраста Вселенной — 10 млрд. лет.
Вот вам и «Россия во мгле»! Типично российская ситуация: послереволюционный Петроград, беспризорники в фантастических лохмотьях — и тут же красноармеец Гусев читает объявление инженера Лося с предложением полететь на Марс...
Математик, геодезист, метеоролог, с началом первой мировой войны Фридман пошёл добровольцем на фронт и записался в авиационный полк; во время войны занимался воздушной разведкой. «Служили два товарища» помните? У Фридмана с аэрофотосъёмкой получалось лучше…
А о новой теории гравитации Фридман услышал от профессора Фредерикса, который во время войны оказался в Германии и работал там всю войну в качестве интернированного лица у Гильберта (плодотворно сотрудничавшего с Эйнштейном) и хорошо овладел вопросом. В 1922 году Александр Фридман, один из слушателей лекций Фредерикса, опубликовал в престижном немецком журнале статью с целым спектром решений уравнений Эйнштейна. Эйнштейн нашёл у Фридмана ошибку, но после разъяснений, которые ему дали его русские коллеги, признал, что ошибся сам, и добавил, что «решения Фридмана открывают новый свет на проблему в целом».
ВСЕЛЕННАЯ ГЕОРГИЯ ГАМОВА
Пусть Вселенная расширяется. Но что происходит в процессе её расширения с веществом, как из сверхплотного нечто родились элементарные частицы, ядра, атомы? На эти вопросы решения уравнений Эйнштейна ответа не давали.
Первые попытки найти ответ были предприняты сразу после открытия нейтрона, но успех пришёл только после Второй мировой войны, когда в космологию пришёл американец русского происхождения Джордж Гамов, на заре туманной юности слушавший лекции Александра Фридмана и одно время даже бывший его учеником.
Георгия Антоновича Гамова природа щедро одарила талантами и предками. Читая его автобиографию «Моя мировая линия», чувствуешь, что он был горд и теми, и другими. Среди суперчеловеков, столпившихся вокруг писаря на картине Репина «Казаки пишут письмо турецкому султану» есть, согласно семейной легенде, и предок Георгия Антоновича. Его собственный вклад в Историю — это квантовая теория альфа-распада, модель горячей Вселенной, за которой закрепилось название гипотеза Большой Взрыв, разгадка генетического кодирования. Все три работы — нобелевского уровня. Гансу Бёте Гамов подсказал механизм ядерных реакций на Солнце... Вот она, Россия, которую мы потеряли: Сикорский, Зворыкин, Гамов — все они американцы. Все русского происхождения. Всем повезло. Не расстреляли. Не посадили. Как Туполева, Королёва, Вавилова...
В 1946 году Гамов предположил, что в изначальном, сверхплотном состоянии Вселенная была чрезвычайно горяча, и применил к процессу расширения Вселенной обыкновенную термодинамику. Когда Гамову потребовался хороший расчётчик, он остановил свой выбор на молодом физике Альфере, также выходце из России и тоже из Одессы — города детства Гамова; позднее ещё одним его сотрудником учеником стал Герман, также физик российского происхождения.
Модель горячей Вселенной объяснила соотношение водорода и гелия во Вселенной, но споткнулась на тяжёлых элементах; позднее оказалось, что они рождаются не в процессе расширения, а в ходе термоядерного синтеза в звёздах. Не решён был ещё и парадокс: Земля старше Вселенной. Поэтому отношение ко всем теориям расширения Вселенной оставалось скептическим, и теория Гамова не стала исключением. И Гамов придумал решающий эксперимент: в его теории Вселенная изначально была пронизана фоновым излучением, возникшего ещё до рождения ядер и атомов; оно идёт со всех сторон, не имея определённого источника. Позже это излучение было названо реликтовым. Гамов даже предсказал температуру этого излучения. Оставалось только его обнаружить. Искать это излучение астрономы не торопились...
ЧАСТЬ 4. ВСЕЛЕННЫЕ НА ВЫБОР
РАСШИРЕНИЕ БЕЗ ВЗРЫВА?
Свою версию расширяющейся Вселенной разрабатывал английский астрофизик Фред Хойл, в соавторстве с астрономом Томасом Голдом и математиком Германом Бонди. Любители «твёрдой» фантастики хорошо знают Фреда Хойла по его научно-фантастическому роману «Чёрное облако», а любители микробиологии помнят его гипотезу космического происхождения жизни, а уж космическое происхождение эпидемий гриппа наверняка в своё время взволновало всех. Будучи автором экстравагантных гипотез, Хойл и сам выглядел экстравагантно: мясистый нос — сразу видно, что работяга; очки в тонкой оправе — сразу видно, что профессор... Он же придумал термин «Большой Взрыв» — брошено было в насмешку («Big Bang» переводится как «Большой Хлопок», или «Большая Хлопушка»), но всем понравилось (10).
В расширяющейся Вселенной Хойла нет места Большому Взрыву — она существует вечно и вечно расширяется. По мере расширения рождается новое вещество, примерно по одному атому водорода в столетие на один кубический гексаметр, и это делает среднюю плотность вещества постоянной. Рождение атомов происходит не совсем из «ничего», за этим «ничего» кроется энергия взаимодействия, подобная той, которая вызывает «дефект масс», но для диалектического материализма это было равно неприемлемо, и Хойла долго и пристрастно критиковали в советской философской литературе.
КАК БЫЛО ОТКРЫТО РЕЛИКТОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ
Решающим подтверждением горячей модели Вселенной Гамова стало открытие реликтового излучения. История эта могла бы лечь в основу хорошей приключенческой повести. В 1964 году двум молодым американским радиоастрономам жутко повезло. Они испытывали новый тип антенны. Они были в самом начале своей научной карьеры. И с самого начала случайно открыли реликтовое излучение, предсказанное Гамовым и его учениками. Им мешал фоновый сигнал, который они никак не могли подавить. Фон шёл со всех сторон, его интенсивность не зависела от направления антенны. Разобрав антенну, молодые люди обнаружили внутри гнездо, которое свила там парочка голубей. Голуби были изгнаны, потом вернулись, и им снова указали на дверь. После очистки стенок от голубиного помёта, температура излучения снизилась на полградуса; оставшиеся три с половиной оставались необъяснёнными.
Объяснение они получили от людей из группы Дикке, работавших в университете поблизости, которые как раз искали реликтовое излучение. Люди Дикке строили для этого специальную антенну, а у двух счастливчиков из Нью-Джерси, такая антенна была. Она принадлежала Пентагону и находилась на территории военной базы — изначально она предназначалась для связи со спутником «Эхо-1». После того как появился спутник «Эхо-2», антенна стала не нужна, и молодые люди приспособили её для своей работы. Они намеревались изучать радиоизлучение межзвёздной среды.
Можно представить себе, что испытали молодые радиоастрономы, когда осмыслили объяснение обнаруженного ими эффекта: они-то считали, что всё дело в голубином помёте. Ирония судьбы — ни люди из группы Дикке, ни сам Дикке, ни ученики Гамова (Гамова к тому времени уже не было в живых), не стали лауреатами Нобелевской премии 1978 года(11).
НАУЧНЫЙ МЭЙНСТРИМ
После открытия реликтового излучения гипотеза Большого Взрыва превратилась в научный мэйнстрим. Развитие этой гипотезы продолжается(12). Если холодная Вселенная Леметра родилась из «первоатома», а горячая Вселенная Гамова — из сверхплотного вещества «илем», занимающего малый, но ненулевой объём, то у их последователя британского гения Стивена Хокинга Вселенная рождается из точки, которую из научных соображений называют сингулярностью.
В 1998 году в гипотезу Большого взрыва с подачи астрономов, наблюдавших вспышки сверхновых в других галактиках, была внесена очередная поправка. Было установлено, что Вселенная, как и в первые мгновения после Взрыва, продолжает расширяться с ускорением. Причину ускорения усматривают в некоей «тёмной энергии», как называют это «нечто» одни, или эманацией, как называют это другие(13), или антигравитацией, как называют это третьи, вместо того чтобы честно признаться: да мы понятия не имеем, что это такое.
НА ГРАНИЦЕ ВИДИМОГО МИРА
Магнетическая сила Большого Взрыва и рождения Вселенной из сингулярности так заворожила учёных, что на какое-то время они забыли, что Вселенная продолжает расширяться и в нашем представлении о ней и её размерах. Так, был обнаружен квазар на самой границе видимого мира, на расстоянии 60 млрд. световых лет от нас — его обнаружили с помощью орбитального телескопа «Хаббл». Но что это значит? Если ошибки нет, это значит, что Вселенная существенно старше, чем принято думать, и с теорией Большого Взрыва снова что-то не так! Несмотря «на зелёную улицу»: о Большом Взрыве либо хорошо, либо ничего — число сторонников точки зрения, что Вселенная не имеет возраста, никак не сокращается. Не исключено, что просто за счёт численного роста населения Земли.
И СНОВА ЖЕНЕВА
Вернёмся на Землю. Никаких неприятностей суперколлайдер в Женеве, как то: чёрные дыры, монополи Дирака, тёмная материя — пока не породил. Физики не отказываются от своих обещаний. Они уже говорили раньше и повторяют сейчас: Большого Взрыва не будет. Это точно. Даже при той плотности энергии, которой они надеются достичь, до первых мгновений Вселенной будет ещё довольно далеко. В космосе частицы сталкиваются ещё и не с такими скоростями. Некоторые эксперты для успокоения публики даже сравнивают столкновение адронов в коллайдере с лобовым столкновением двух комаров: энергетический выход, дескать, и тут, и там примерно один и тот же. Только вот что-то трудно поверить в то, что коллайдер со всеми его детекторами высотой в пятиэтажный дом и тому подобными чудесами техники строился ради теории столкновения двух комаров.
ПРИМЕЧАНИЯ
1. Ситуация изменилась, когда греки, наряду с прочими завоеваниями Александра Македонского, завезли с Ближнего Востока астрологию, и звёзды перестали быть простым украшением и начали определять судьбы людей.
2. Отсюда — «быть на седьмом небе от счастья».
3. Несовершенство астрономических приборов подвигло Тихо Браге посвятить жизнь их совершенствованию; благодаря его трудам точность измерений увеличилась на порядок. Изобретение телескопа значительно ускорило прогресс в этом направлении. Но только в первой половине XIX века удалось сделать первые измерения расстояний до звёзд — результаты превзошли самые смелые ожидания.
4. Происхождение отдельных космических объектов, напротив, активно обсуждалось: отсюда небулярные гипотезы Канта и Лапласа о происхождении Солнечной системы из сгущения материи — у Канта из холодной и разрежённой, а у Лапласа из густой и раскалённой, обе гипотезы выросли из старой идеи Декарта о рождении Солнечной системы из сгущения туманности (отсюда — «небулярная»).
5. Правда, некоторые туманности при любом увеличении оставались туманностями: они оказались настоящими туманностями из газа и пыли, а среди тех, что удалось разложить на звёзды, не все оказались за пределами нашей Галактики — как, например, звёздное скопление Геркулес.
6. Собственно, разбегание галактик, а точнее, расширение пространства, было предсказано за несколько лет до публикации 1929 года на основе так называемой релятивисткой теории гравитации Эйнштейна. Пока дело ограничивалось математикой, этому результату не придавали значения. Сама теория гравитации Эйнштейна не была ещё достаточно подтверждена.
7. Постоянная Хаббла — одна и та же величина для всех галактик, но сама эта величина изменяется во времени (не так быстро, чтобы это можно было зафиксировать на основе наблюдательной астрономии).
На первый взгляд может показаться, что мы находимся в избранном положении; на самом деле точно такая картина наблюдается в любой другой галактике: доказать это — задача для школьной олимпиады.
Не все галактики удаляются друг от друга. Туманность Андромеды, как уже говорилось, летит к нам навстречу со скоростью 300 км в секунду. Встреча с ней состоится через 5 млрд. лет. Как раз когда наше Солнце вспыхнет и станет сверхновой. Это произойдёт уже в другой галактике.
Удобно считать, что расширяется само пространство, а на скорость взаимного удаления галактик (которую и описывает закон Хаббла) накладываются их собственные, случайные скорости.
8. Книга природы написана на языке математики, говорил Галилей, но теории должны предшествовать наблюдение и эксперимент, говорил идеолог науки Нового времени Френсис Бэкон. Первым от этого правила отступил Джеймс К. Максвелл: из чисто теоретических соображений он «подправил» закон Ампера и получил, или лучше сказать, предсказал электромагнитные волны. Что бы мы сейчас без них делали? Где бы были сейчас со своими радио, спутниками связи, мобильниками, Интернетом? Теория относительности также родилась из противоречий между новейшей электродинамикой Максвелла и классической механикой Ньютона. Да и сама теория относительности, едва возникнув, тут же вошла в противоречие с законом всемирного тяготения, и Эйнштейн уже через два года взялся за её развитие и создал общую теорию относительности, которую теперь называют релятивистской теорией гравитации.
9. Развитие теории гравитации продолжается, но радикальных перемен нет: яблоко Ньютона падает раз в столетие, и то не в каждое.
10. Так Уиллеру удался термин «чёрная дыра», а Я. Б. Зельдовичу — «реликтовое излучение».
11. Радиоастрономы Роберт Вильсон и Арно Пензиас получили только половинку золота на двоих: вторая половина отошла П. Л. Капице — за сверхтекучесть гелия при сверхнизких температурах, открытую им ещё в 30-х годах; по признанию лауреата, самым большим достижением для него было не сделать открытие, а дожить до Нобелевской премии.
Как это нередко бывает, позже выяснилось, что у Вильсона и Пензиаса был предшественник. В 1956 году молодой советский астроном Тигран Шамоев на более грубой антенне и, соответственно, с большой погрешностью зарегистрировал реликтовое излучение, природа которого для него самого осталась неясна. Неясна она была и для его коллег. Поэтому дело ограничилось защитой кандидатской диссертации.
12. Одновременно с теорией Большого Взрыва существуют и другие модели Вселенной. О них говорят: альтернативная физика. Научный андеграунд. Все эти теории находятся на обочине современной науки. Самая элегантная из них — «электромагнитная Вселенная» Ханнеса Альфвена.
13. Физики, похоже, возвращаются во времена Декарта и Спинозы, философского камня, флогистона, теплорода, магнетических сил и прочих тонких субстанций. Если не искать физический смысл явления, а ограничиться математикой, можно сказать, что своему ускоренному расширению Вселенная обязана той самой космологической постоянной, которую Эйнштейн ввёл в уравнение «руками» (а потом считал её самым большим промахом в своей жизни). Сегодня, как сказал бы Гамов, космологическая постоянная «снова поднимает свою гадкую голову» (она обозначается греческой буквой лямбда). Она снова оказалась не равной нулю. Вот ещё одна иллюстрация того, что в науке ничего не выбрасывается: «ложные» идеи и теории до поры до времени складываются в музейные запасники, а по мере надобности изымаются оттуда, очищаются от музейной пыли, украшаются новейшей терминологией — и в таком обновлённом виде возвращаются в научный оборот.
Александр РАСТОРГУЕВ
Гравюра Камилла Фламмариона
Портрет Пушкина работы Л. Левченко