Вселенная! Курс выживания среди черных дыр. временных парадоксов, квантовой неопределенности
Шрифт:
А теперь вернитесь и спросите у того же встречного, что же это на самом деле значит – «Вселенная расширяется». Мы готовы спорить, что на сей раз готового ответа не найдется. Тут-то кстати подвернемся мы.
Сначала пару слов о том, чего это не значит. Помните сцену из «Гражданина Кейна», где Чарльз с Эмили сидят за завтраком и мы видим, что с течением лет стол становится все шире и шире и дистанция между Кейном и его женой становится все больше и больше? [92] Так вот, Вселенная расширяется не так. Ваш стол не расширяется. Земля не расширяется. Солнечная система не расширяется. Наша галактика Млечный Путь, которая имеет в поперечнике десятки тысяч световых лет, – тоже объект слишком «точечный», чтобы участвовать в расширении Вселенной в целом.
92
Если
Даже галактика Андромеда, расположенная от нас на расстоянии около 2,2 миллиона световых лет, на самом деле падает на нас со скоростью около 440 тысяч километров в час и, вероятно, столкнется с Млечным Путем, – ждать этого события осталось всего каких-нибудь три миллиарда лет. Дуглас Адамс ухватил суть вопроса в «Автостопом по галактике», когда писал: «Космос большой. Очень большой. Даже представить себе невозможно, какой он большой, огромный, колоссальный, сокрушительно-исполинско-великанский. То есть если ты думаешь, что от дома до аптеки тебе пилить и пилить, для космоса это – тьфу!» Глава эта по большей части посвящена тому, какой космос на самом деле пустой, но чтобы дать вам хотя бы первоначальное представление об этом, скажем, что когда придет роковой час и Млечный Путь запляшет танго с Андромедой, при этом едва ли столкнутся хотя бы две звезды. По всей вероятности, человечество погибнет не от столкновения звезд. К сожалению, вам придется подождать еще пару миллиардов лет – тогда Солнце наконец превратится в красного гиганта и сожжет на Земле все живое.
Хватит рассуждать о том, что кого убьет. Книга у нас веселая, и мы хотим рассказать вам о безобидном на первый взгляд расширении Вселенной. Если посмотреть, что делается примерно в 30 световых годах, окажется, что практически все галактики движутся от нас. Мало того – кажется, что чем дальше от нас галактики, тем быстрее они разлетаются [93] .
Первым это отступление галактик отметил еще в 1917 году Весто Слифер из Лоуэллской обсерватории, причем выяснилось, что это едва ли не универсальный закон. Однако ученый не мог знать, насколько далеки эти галактики от нашей. Более того, в то время шли ожесточенные дебаты, что это за тусклые пятна света, которые видно в телескопы: туманности в пределах Млечного Пути или целые самостоятельные «островные вселенные» (как впоследствии и оказалось).
93
Скоро вы поймете, что это слово «кажется» играет в нашей комедии едва ли не главную роль.
Расстояния до галактик измерить труднее, чем можно себе представить. Что бы ни писали в фантастических романах, нельзя полететь в другую галактику или даже к ближайшей звезде, развертывая за собой рулетку. Так что если астрономы, например, говорят: «До галактики Водоворот 23 миллиона световых лет», вы вправе спросить, откуда у них такие сведения.
Чем дальше от нас находятся звезды и галактики, тем тусклее они кажутся. Этот эффект мы можем использовать к собственной выгоде при помощи «стандартной свечи». Представьте себе, что вы идете в магазин и покупаете там стоваттную лампочку, ввинчиваете ее и начинаете от нее отходить. Чем дальше вы отходите, тем тусклее кажется свет. Вы знаете, насколько он ярок вблизи, поэтому, отходя от него, в состоянии оценить, насколько вы удалились, измерив, насколько тусклой кажется лампочка. Трудность заключается в том, что поскольку галактики не продаются в хозяйственных магазинах, на них не стоит маркировка в ваттах.
Даже Эдвин Хаббл, который, вероятно, был величайшим астрономом-наблюдателем начала ХХ века, не мог отмерять расстояния так уж четко. В 1929 году он откалибровал расстояния и наблюдаемые скорости расхождения других галактик, выдвинув закон, который впоследствии назвали «законом Хаббла». В своей статье Хаббл недооценил расстояния до галактик в восемь раз, и еще 20 лет назад публиковалось множество статей, где доказывалось, что расстояния, а следовательно, и постоянная Хаббла, вероятно, неверны с погрешностью в два раза [94] . Данные со спутника «Гиппарх», запущенного в 1989 году, и запущенного в 1990 году космического телескопа «Хаббл» (удачное название), позволили астрономам измерить постоянную Хаббла с точностью до нескольких процентов.
94
Впоследствии
Еще один кусочек пазла расширяющейся Вселенной – это измерение скорости, с которой разбегаются от нас галактики. Измеряют ее примерно так же, как инспектор измеряет скорость, с которой вы мчитесь по дороге, – при помощи допплеровского сдвига. Вы наверняка заметили этот странный феномен, который происходит со звуком, когда мимо проносится пожарная машина. Когда машина летит на вас, сирена воет выше обычного. А когда она удаляется, сирена воет ниже. Со светом происходит примерно то же самое – только когда источник света движется на вас, свет кажется немного синее обычного. А когда удаляется – немного краснее. Чем быстрее удаляется источник, тем сильнее сдвиг в красную сторону, называемый астрономами «красное смещение».
Представьте себе, что мы берем Коржика из «Улицы Сезам» и разгоняем его в сторону от Земли со скоростью в 25 % скорости света. Его мех – темно-синий – в наших телескопах будет казаться ярко-красным. На взгляд астронома-наблюдателя Коржик – вылитый Элмо, однако он никогда не будет так бояться щекотки.
Мы знаем, что большинство книг по этому вопросу твердят, что галактики удаляются от нас, и опускают подробности, но мы верим в ваш интеллект. Вселенная растет, а галактики по большей части сидят смирно, зато пространство вокруг них растягивается. На первый взгляд такие поправки кажутся мелочными придирками, но на самом деле это важное уточнение.
Когда какая-нибудь далекая галактика испускает свет, фотоны проделывают долгий путь – от родной галактики до нас. При этом Вселенная расширяется, и тем больше фотонам требуется времени на дорогу, чем больше Вселенная успевает расшириться за время пути. Это расширение влияет на их цвет, как мы уже описали. Когда фотон «расширяется», это на самом деле значит, что увеличивается длина световой волны. Длина световой волны определяет цвет. Так что если Вселенная расширяется, пока фотон путешествует, фотон будет становиться краснее. Чем дальше от нас находится источник, тем сильнее успеет расшириться Вселенная за время пути и тем больше будет красный сдвиг у фотона.
I. Где находится центр Вселенной?
Если вы хоть немного похожи на нас, то выросли с убеждением, что вы – центр Вселенной, и на первый взгляд наблюдения Хаббла подтверждают эту теорию. Кажется, что все галактики разбегаются от нас врассыпную (хорошо, если хотите, Вселенная расширяется вокруг нас), и напрашивается мысль, что мы выгодно отличаемся от иных прочих. Ведь если все галактики удаляются от нас, значит, мы находимся в центре, как же иначе?
Позвольте представить: тентакуляне, раса астрономов из галактики, которая находится в миллиарде световых лет от нашей. Один из величайших астрономов – создание по имени доктор Калачик. Хотите познакомиться с доктором Калачиком? К сожалению, вынуждены вас огорчить. Поскольку эта галактика находится в миллиарде световых лет от нашей, то даже если бы мы послали на Тентакулюс VII радиограмму и попросили доктора Калачика ответить, у самого доктора Калачика это вряд ли получилось бы из-за крайне преклонного возраста. Если бы вам очень повезло, вы бы получили ответ от его прапрапра (умножьте миллионов на 50) правнучки, и к тому времени, как она ответила бы вам и указала на ошибку, пройдет еще добрый миллиард лет (даже если она не станет тянуть с ответом, а тогда наши потомки для начала просто забудут, что мы пытались с кем-то там наладить радиосвязь. Так что лично познакомиться с доктором Калачиком мы не можем, поэтому не можем и спросить у него, что же он видит в телескоп.
На самом деле все еще сложнее – ведь Вселенная расширяется. Если мы отправим сигнал на Тентакулюс VII, он будет идти туда больше миллиарда лет – и еще дольше будет идти ответ. Это все равно что пытаться измерить угря. Пока берешь линейку, он извивается со страшной силой, а пока приложишь к линейке голову, понимаешь, что нулевая отметка совсем не там, где ты ее оставил.
Это ничего, мы все равно знаем, что видит доктор Калачик в телескоп. Он видит в точности то же самое, что и мы с Земли, – почти все галактики в небесах разлетаются от Тентакулюса VII, и чем дальше они находятся, тем быстрее, как представляется, летят. Шовинистически настроенные элементы на Тентакулюсе уже постановили интерпретировать эти наблюдения как несокрушимое доказательство того, что Тентакулюс – центр Вселенной.