Почему наш мир таков, каков он есть. Природа. Человек. Общество (сборник)

Представим, что вселенная бесконечна и заполнена звездами (это рациональная вселенная XIX века). Нигде нет никакого центра, мы не живем в центре скопления звезд. Если бы мы жили в центре мира, это было бы очень подозрительно, но мы живем в самом заурядном месте. Значит, куда бы мы ни посмотрели – взгляд рано или поздно упрется в звезду. Это легко понять: если завязать глаза и побежать даже через самый редкий лес, вы непременно найдете лбом свое дерево. Если ночью смотреть в заполненную звездами бесконечную Вселенную, где-то взгляд должен упереться в «лампочку» и все небо должно сиять, как поверхность звезды. Никакой ночной черноты не было бы. Отчего же мы, тем не менее, видим небо таким, какое оно есть, – яркие огоньки на черном фоне? Звезды где-то заканчиваются?

Правильный ответ в том, что звезды кончаются не в пространстве, а во времени – когда-то этих звезд не было. Вселенная при этом может быть бесконечна – это ничему не противоречит, просто звезды возникли какое-то время назад, и свет от далеких звезд до нас не дошел. Теперь мы знаем, какое это время – примерно 13,7 миллиарда лет назад.

Когда-то произошло нечто, что мы называем Большим взрывом[16], в котором родилась наша Вселенная. После этого она начала расширяться и продолжает это делать по сей день. Мы это действительно знаем, это наблюдательный факт, а не результат интерполяций и экстраполяций. Сначала Вселенная была очень горячей и плотной – мы видим оставшееся от той эпохи излучение. Если включить телевизор и поймать пустой канал, на экране будет рябь. Заметный процент этой ряби и есть излучение далекой горячей Вселенной. Если бы вы это заметили до 1965 года и сделали правильный вывод, получили бы Нобелевскую премию.

В какой-то момент горячее вещество остыло и, как говорят физики, рекомбинировало. Это значит, что оно стало нейтральным: электроны прицепились к ядрам, которых было всего два – водород и гелий. Тогда наступили темные времена. Нейтральное вещество ничего не излучает, а звезд еще нет. Затем, после темных веков, наконец-то начали образовываться первые звезды. Во Вселенной были места, где плотность вещества была побольше, а в других местах плотность была поменьше. Туда, где плотность больше, притягивалось еще вещество и образовывались массивные комки. В этих комках было довольно много темного вещества. В астрономии оперируют своими единицами, в частности массой Солнца. Так вот, темного вещества в типичном комке было где-то на миллион масс Солнца, а обычного вещества – водорода и немножко гелия – было на сто тысяч масс Солнца. В таком облаке в современных моделях и возникает самая первая звезда. Звезды – первые объекты, которые загорелись во Вселенной.

Темное вещество – одна из ключевых космологических загадок. Сегодня считается, что это некий вид элементарных частиц. На роль этих непонятных частиц в теории есть несколько хороших кандидатов, но пока ни одного не поймали. Этих частиц по массе примерно раз в пять больше, чем обычного вещества.

Итак, в местах наибольшей плотности получаются облачка, где загораются первые звезды. Дальше процесс продолжается, и эти плотные облачка начинают сливаться друг с другом. Их слияние дает галактику. Не только наша, но и другие галактики состоят из сотен миллиардов звезд, из большого количества газа, пыли, темного вещества. Они образованы путем слияния более мелких галактик, а изначально даже не галактик, а облаков, где было буквально по одной звезде.

Все это мы пока не видим по двум причинам: во-первых, это далеко. У нас во Вселенной все просто: есть скорость света, поэтому от далеких объектов сигнал к нам приходит спустя какое-то время – расстояние поделить на скорость света. На самом деле есть хитрость, потому что Вселенная расширяется, и расстояние увеличивается. В результате события, которые происходили давно, трудно увидеть – даже если в тот момент, когда они происходили, они были ближе, то сейчас они далеко.

Во-вторых, это связано с явлением, которое называется «красное смещение». Вселенная растягивается, и вместе с ней расширяются все несвязанные объекты. Расширяется свет: вы испустили зеленый луч, а он летит далеко-далеко во Вселенную и превращается в красный – вытягивается. Дальше он может превратиться в инфракрасный, а инфракрасный с Земли уже не видно. Чтобы все это увидеть, придется запускать телескоп в космос. Нет никакого дешевого способа с Земли увидеть инфракрасное излучение или, наоборот, рентгеновское. Поэтому нужно строить новые инструменты, которые, как все надеются, покажут нам самые первые звезды и галактики.

Как видеть далеко

Сейчас самые большие запущенные на орбиту телескопы имеют диаметр под четыре метра. Телескопы большего размера не влезают в ракету. Если нужен телескоп больше, его надо делать раскладным, как зонтик.