Маленькая книга о Большом взрыве

Вопрос заключается в том, относительно чего ускоряется поезд. Исаак Ньютон сказал бы, что ускорение происходит относительно абсолютного пространства – эфира, пребывающего в неизменном состоянии абсолютного покоя. Вводные курсы физики как бы разделяют его точку зрения и создают тем самым основу для иллюзорного существования эфира.

Значительное влияние на Эйнштейна и его общую теорию относительности оказали работы немецкого физика и философа Эрнста Маха, который был уверен, что абсолютное пространство – плод фантазии Ньютона. Если же обнаружить абсолютное пространство невозможно, остается говорить об ускорении только относительно других материальных объектов – например, звезд. Эту мысль Эйнштейн окрестил «принципом Маха».

На самом деле этот принцип был продемонстрирован еще в 1851 году в Париже, когда Леон Фуко подвесил к куполу Пантеона очень длинный маятник. В течение дня казалось, что плоскость, в которой раскачивался маятник, медленно вращается относительно пола Пантеона, но в реальности это Пантеон двигался вокруг маятника, который раскачивался в той же плоскости, но относительно звезд. Что же заставило маятник Фуко раскачиваться в плоскости, вращающейся относительно звезд? Может, система отсчета в виде звезд случайно совпала с абсолютным пространством? Для одних людей в этом нет никакой проблемы, для других это – одна из глубочайших тайн физики.

Эйнштейн намеревался встроить принцип Маха в общую теорию относительности. Во Вселенной, в которой исчезла бы вся материя, никто не смог бы обнаружить никакого ускорения. Насколько успешной оказалась попытка Эйнштейна, до сих пор остается предметом споров, но, чтобы раскрыть эту тему, нам бы понадобилась еще одна книга. Поэтому я предпочитаю на этом остановиться.

Как описывает Вселенную теория относительности?

<p>4</p><p>Расширяющаяся Вселенная</p>

Сегодня идея расширяющейся Вселенной пользуется такой популярностью, что уже успела укорениться в массовой культуре. Но что за ней стоит? Когда после любого публичного выступления на тему космологии слушатели начинают подниматься на сцену, первый их вопрос звучит так: «Если все остальные галактики от нас удаляются, означает ли это, что мы находимся в центре Вселенной?» Второй их вопрос: «Куда расширяется Вселенная?» Если уж совсем честно, иногда они следуют в обратном порядке. Так или иначе, эти вопросы довольно естественны, в то время как концепция расширяющейся Вселенной – нет.

Мы точно можем сказать, что она принадлежит не Эйнштейну: в 1916 году, когда он только опубликовал исследование, посвященное общей теории относительности, у науки еще не было никаких астрономических доказательств, что Вселенная расширяется. А когда Эйнштейн в том же году приступил к разработке первой современной модели космоса, он все еще полагал, что Вселенная статична. В течение следующего десятилетия астрономы приблизились к пониманию, что Вселенная расширяется, когда поняли, что звездные туманности находятся не в нашей галактике, как все думали раньше, а за пределами Млечного Пути; более того, стало понятно, что эти туманности от нас удаляются.

Теория расширяющейся Вселенной получила признание после 1929 года, когда Эдвин Хаббл представил свой знаменитый закон, утверждающий, что скорость удаления одной галактики от другой прямо пропорциональна расстоянию между ними. По причинам, которые, надеюсь, вскоре станут понятны, закон Хаббла также подразумевает, что галактики удаляются не только от Млечного Пути, но и друг от друга[10].

Именно так астрономы понимают расширение Вселенной: все галактики отдаляются друг от друга. Это открытие стало важнейшим в истории космологии и легло в основу всей теории Большого взрыва, ведь если бы Вселенная не расширялась, Большого взрыва не было бы.

* * *

То, что сделал Хаббл, кажется довольно простым: он выстроил график зависимости скоростей ряда галактик от расстояний, которые их разделяют. Несмотря на то что данные выглядели как набор точек на рис. 5, Хаббл, будучи либо очень смелым, либо очень безрассудным, провел через них прямую линию.

Рис. 5

Здесь нам придется обратиться к формуле, которая, я обещаю, будет самой сложной математической задачей этой книги, – уравнение этой прямой линии. Уравнение для прямой Хаббла выглядит как v

= Hd, где v – скорость галактики, d – расстояние до нее, а H – коэффициент, равный углу наклона линии. Прямая линия подразумевает, что скорость удаления галактики прямо пропорциональна расстоянию до нее. Таким образом, если расстояние от галактики Бета до нас вдвое больше, чем расстояние до галактики Альфа, значит, Бета удаляется от нас вдвое быстрее, чем Альфа. Кроме того, чем больше наклон, H, тем быстрее галактики, находящиеся на конкретном расстоянии от нас, удаляются.