Маленькая книга о Большом взрыве

Таким образом, мы теперь можем ответить на вопрос, с которого началась глава: нет, мы не находимся в центре Вселенной.

Вы можете возразить, что у воздушного шарика тоже есть центр, который находится внутри него. Пожалуй, здесь аналогия рушится. Шарик – это двухмерная поверхность, существующая в трехмерном мире. Муравей, бегающий по двумерной поверхности шарика, может увидеть комнату, которая его окружает. Вселенная, в которой мы живем, имеет три пространственных измерения, и комнаты, в которую мы могли бы заглянуть, просто нет. В то же время реальная Вселенная – это четырехмерное пространство-время, также не окруженное ничем. Она растет и расширяется за счет того, что галактики в ней непрерывно отдаляются друг от друга, и все же это расширение направлено в никуда. Это и будет ответом на вопрос в начале главы.

Конечно, такую картину мира безумно сложно визуализировать. Пытаясь представить себе расширяющуюся Вселенную, куда проще думать о растянутой резиновой ленте, которая, по крайней мере, ограничена определенной длиной. Но если бы у Вселенной были границы, за ними бы обязательно что-то следовало, а это не так. В данном случае правильнее будет представить постоянно растягивающуюся резиновую ленту без каких-либо границ, чтобы галактики, отмеченные на ней, могли постоянно удаляться друг от друга.

* * *

Здесь вы могли бы спросить: а расширяются ли сами галактики внутри Вселенной? Я ответил бы встречным вопросом: а расширяемся ли мы с вами? Нет, мы с вами не расширяемся (если, конечно, не любим хорошенько поесть), потому что электромагнитные силы сдерживают наши тела в определенных границах. А что насчет Солнечной системы? Расширяется ли она? Нет, тоже не расширяется. Гравитационное воздействие со стороны Солнца не дает Солнечной системе расширяться вместе во Вселенной. Точно так же и галактики не могут расширяться, поскольку их сдерживает гравитация.

С более крупными астрономическими объектами все становится немного сложнее. Если говорить о сверхскоплениях, размер которых может достигать миллиарда световых лет, силы гравитации становится недостаточно, чтобы не позволить им расширяться вместе со Вселенной. Вообще, сверхскопления остаются наикрупнейшими конструкциями во Вселенной именно потому, что в условиях расширяющейся Вселенной любой объект крупнее сверхскопления перестает удерживать свою форму.

* * *

А теперь давайте пробежимся по этой главе в обратном порядке. Если все галактики отдаляются друг от друга, у нас есть серьезное основание полагать (но не делать преждевременного вывода), что когда-то это расширение началось. Событие, положившее начало расширению Вселенной, принято называть Большим взрывом. Этот термин был впервые предложен в 1949 году астрономом Фредом Хойлом.

Большой взрыв не был взрывом в прямом смысле этого слова, и никто бы не услышал его, даже если бы оказался в тот момент рядом. Было бы также неправильно представлять себе Большой взрыв в виде обыкновенного расширения, происходящего в уже существующем пространстве, ведь если за пределами Вселенной ничего нет, значит, ей просто некуда расширяться. Пространство-время, каким мы его знаем, появилось в момент Большого взрыва.

Наконец, мы часто слышим, что в момент Большого взрыва вся материя во Вселенной была сосредоточена в одной точке, которая и должна была быть центром, но поскольку Вселенная не имеет центра, это утверждение не может быть верным.

Резиновая лента поможет понять, что к чему. Представьте, что она уже растянута и что A, B, C и D расположились далеко друг от друга. А теперь начинайте медленно ослаблять натяжение до тех пор, пока все галактики не вернутся на свои изначальные места. Время, за которое все они это сделают, и будет являться возрастом Вселенной с момента Большого взрыва. Закон Хаббла говорит нам о том, что расстояние, проходимое каждой галактикой, выражается формулой d = v/H. Но расстояние, проходимое каждой галактикой, – это просто скорость, помноженная на время пути, что можно записать как d = vt. Получается, что vt = v/H, где t = 1/H.

Значение, обратное постоянной Хаббла, называется возрастом Хаббла и представляет собой приблизительное количество времени, прошедшее с момента Большого взрыва.

Тогда ничто не удерживало точки на месте. Более того, если мы представим себе бесконечно длинную резиновую ленту с бесконечным числом точек A, B, C и т. д. (допустим, буквы в нашем алфавите тоже не будут заканчиваться), мы неизбежно придем к выводу, что Большой взрыв охватывает собой всю одномерную поверхность резиновой ленты.

В момент Большого взрыва вся материя в обозримой Вселенной действительно была собрана в одной точке. Но обозримая Вселенная – это еще не вся Вселенная. Расстояние, пройденное светом с момента Большого взрыва, называется космологическим горизонтом, и, как можно догадаться из названия, мы не можем увидеть, что скрывается за ним. Мы лишь знаем, что в момент Большого взрыва все, что находилось в пределах этого горизонта, было собрано в одной точке.