10 ЗАПОВЕДЕЙ НЕСТАБИЛЬНОСТИ. ЗАМЕЧАТЕЛЬНЫЕ ИДЕИ XX ВЕКА

Флауэрс Чарльз

Образно говоря, мгла рассеялась лишь после того, как диаметр Вселенной достиг примерно 1 миллиона световых лет (это соответствует примерно 100 миллиардам миллиардов километров), а ее температура снизилась до 4000 К, что и позволило субатомным частицам рекомбини-ровать и образовывать атомы водорода в дополнение к уже существующим атомам гелия. При этом почти все электроны оказались связанными на атомных орбитах, вследствие чего фотоны (свет и другие формы излучения) перестали рассеиваться на них и получили, наконец, возможность свободно распространяться. Процесс так называемого Великого разделения вещества и излучения сделал Вселенную зримой, превратив ее в гигантское облако светящегося газа (библейский Яхве не мог бы выбрать более подходящего момента для произнесения знаменитой фразы: «Да будет свет!»).

Рекомбинация субатомных частиц продолжалась еще несколько миллионов лет, после чего практически не

осталось свободных электронов и протонов (их доля в общем количестве вещества снизилась примерно до одной стотысячной), в то время как фотонное излучение продолжало распространяться и его температура спала до очень низкого уровня, который и сохранился до нашего времени. Именно это излучение и удалось зафиксировать Пензиасу и Вильсону своей достаточно простой антенной. В дальнейшем произошли значительные изменения из-за того, что образовавшиеся облака газообразного водорода продолжали расширяться, порождая новые галактики и звезды. Мы не понимаем деталей этого процесса, однако теоретики считают, что галактики стали формироваться примерно через 1-2 миллиарда лет после времени Планка и окончательно стабилизировались примерно через 1 миллиард лет. Некоторые из звезд при этом превратились в гигантские «печи», в которых начали синтезироваться атомы главных тяжелых элементов (железо, кислород и углерод), ставшие основой всего воспринимаемого нами мира. Некоторые самые мощные звезды при этом взрывались, образуя так называемые Сверхновые звезды. Еще примерно через 10 миллиардов из этих атомов образовались, например, планеты Солнечной системы со всем их содержимым (включая живую природу и человечество), что и позволило великому астроному Карлу Сагану первому отметить, что «все мы рождены из звездной пыли». Действительно, каждый рождающийся на свет младенец состоит из тех самых атомов, которые возникли в галактиках после разделения вещества и излучения за счет длительных и непрерывных трансформаций. Красивая девушка и ее украшения созданы из одного и того же пепла звезд, из атомных структур, возникших миллиарды лет назад при взрывах Сверхновых в сотнях световых лет от нас.

Наше Солнце погаснет по космическим масштабам довольно быстро (примерно через 5 миллиардов лет), однако его размеры и мощность очень незначительны, поэтому гибель Солнца не будет сопровождаться взрывом, образованием Сверхновой и выбросом в окружающее пространство потока тяжелых элементов, необходимых для дальнейшей эволюции Вселенной. Наше Солнце похоже на множество других образований Млечного Пути и представляет собой лишь заурядную звезду, способную только сжечь свой запас водорода и превратиться сначала в один из тех малых небесных объектов (величиной с Землю), которые астрономы несколько презрительно именуют «белыми карликами», а затем и в совершенно крошечное образование, называемое «черным карликом».

***

Насколько справедлива теория Большого взрыва и насколько долго она сохранится в науке? Многие космофизики, исходя из имеющегося опыта драматического развития астрономических идей в XX столетии, ожидают новых, еще более поразительных открытий. За последние сорок лет ученые получили достаточно убедительные подтверждения этой теории, а также целый ряд новых и весьма серьезных неожиданных закономерностей, относящихся к эволюции Вселенной. Например, выяснилось, что Вселенная достаточно однородна, хотя и обладает рядом выраженных структурных особенностей. Удивительным оказалось существование такназываемой Великой Стены (гигантская плоская структура из галактик общей толщиной около 500 миллионов световых лет), не имеющей никаких аналогов в наблюдаемой нами части мира. С другой стороны, вдруг обнаружилось, что между гигантскими скоплениями и кластерами галактик существует множество «пустот» размерами до 150 миллионов световых лет. Какие-то необъяснимые особенности обнаруживаются даже весьма близко (разумеется, по космическим масштабам), поскольку оказалось, что наша собственная галактика расположена в так называемой Локальной группе, плотность которой почему-то примерно в 200 раз превышает среднюю по Вселенной в целом.

В описанной выше модели инфляционной Вселенной (читатель может представить себе раздувающийся шарик или мыльный пузырь) галактические структуры связываются друг с другом гравитационными силами, которые в некотором смысле усиливают процессы образования «не-однородностей» космоса, стягивая материю в достаточно крупные и устойчивые структуры. Разумеется, приведенная фраза содержит в себе противоречие, так как указанные процессы могут начинаться лишь после образования хоть каких-то неоднородностей в распределении вещества, но этот факт лишь иллюстрирует и подчеркивает противоречивость используемых нами экспериментальных данных.

Если бы предполагаемое стремительное расширение Вселенной по экспоненциальному закону продолжалось достаточно долго, то она должна была бы заполниться очень горячим излучением, следствием чего были бы чудовищные тепловые флуктуации и, соответственно, значительные нарушения в однородности распределения вещества. Действительно, астрономические наблюдения подтверждают возникновение заметных нарушений в однородности мира примерно через 300 тысяч лет после Большого взрыва.

Космология выгодно отличается от многих других теоретических построений науки XX века именно тем, что многие ее выводы можно проверить экспериментально. Например, описанные выше нарушения плотности (т. е. зародыши будущих галактик) должны были как-то повлиять на спектр фонового (реликтового) излучения космоса. Предсказываемые теорией слабые нарушения спектра удалось зарегистрировать в 1992 г. в рамках специальной исследовательской программы по изучению реликтового излучения космоса (СОВЕ, Cosmic Background Explorer), в соответствии с которой за 12 месяцев три микроволновых радиометра на борту спутника с высокой орбитой (около 900 км) различными, независимыми друг от друга методами дважды просканировали всю небесную сферу. Результаты измерений позволили выявить анизотропию фонового излучения, т. е. свидетельства неоднородности распределения вещества примерно через 300 тысяч лет после Большого взрыва, что позволило научному обозревателю газеты New York Times дать своему отчету об этих экспериментах красивый заголовок «Обнаружены складки на ткани пространства!».

Программа СОВЕ показала, что температурные неоднородности реликтового излучения действительно соответствуют структуре наблюдаемой нами Вселенной, поскольку на участках, температура которых когда-то была на 0,001% выше температуры окружения, мы сегодня видим яркие звезды, гигантские галактики или целые скопления галактик. В областях с более низкой температурой (на те же 0,001%) сегодня можно видеть лишь гигантские «пустоты», чудовищные провалы в пространстве. Ученые полагают, что указанные ничтожные отклонения температуры (позднее ставшие зародышами грандиозных космических структур) возникли под воздействием акустических волн, существовавших в самый начальный период зарождения Вселенной, когда ее возраст измерялся лишь триллионными долями… от миллиардных долей секунды!

В 2000 году в Антарктиде на высоту 37 километров был запущен огромный аэростат с аппаратурой (проект BOOMERanG), которая позволяла повысить точность регистрации космического излучения в десятки раз. Изучение спектра реликтового излучения в обширной и малоизученной до этого области над Антарктикой (примерно 2,5% площади небесной сферы) вновь выявило некоторые дополнительные флуктуации фона и еще раз подтвердило выкладки, основанные на теории Большого взрыва.

Наконец, в 2001 г. была осуществлена грандиозная международная программа картографирования звездного неба (на основе мощного англо-австралийского телескопа в австралийском городке Кунарабран) под общим названием «двумерный обзор красного смещения галактик». Анализ результатов такого сканирования еще раз подтвердил возможность существования упоминавшихся выше «изначальных» акустических волн в обширных областях размерами от 300 миллионов до 1,5 миллиардов световых лет, что и предсказывали теоретики.

Процесс картографирования и замеров параметров галактик продолжается, и сейчас (в рамках 5-летнего проекта под названием Sloan Redshift Sky Survey стоимостью в 80 миллионов долларов) создается уточненная трехмерная картина расположения примерно одного миллиона известных нам галактик. К лету 2001 г., когда закончился первый годичный цикл программы, уже были сфотографированы все галактики, удаленныеот Земли на 3 миллиона световых лет, что позволяет надеяться на обнаружение новых закономерностей в их зарождении и развитии.

Начало всякого процесса обычно таит в себе и намек на его окончание, поэтому космологи продолжают спорить о возможных вариантах конца или смерти Вселенной. Если мир подобен раздувающемуся воздушному шарику, то когда-нибудь его энергия иссякнет и он «схлопнется» внутрь (эта гипотеза, естественно, получила название Великого хлопка), в результате чего все вещество должно вновь вернуться в исходную точку и воссоздать начальную сингулярность, в которой энергия и масса составляли единое целое.