Вселенная. Путешествие во времени и пространстве

Так обстоит дело со звездами в Галактике. Но соседние галактики, в отличие от звезд, в подавляющем большинстве случаев не обладают достаточными скоростями, чтобы удержаться от слияния (падения друг на друга под влиянием взаимного притяжения). Так, например, наша Галактика Млечный Путь и ближайшая к нам соседка — галактика М31, движутся навстречу друг другу и через миллиарды лет сольются, сформировав единую огромную супергалактику. Возникает вопрос: почему это уже не произошло, если позади у нас бесконечное количество лет? За бесконечное число лет успеет произойти любой, даже самый медленный процесс. В конце XIX века строгое математическое обоснование парадокса опубликовали Карл Нейман (1832–1925) и Гуго фон Зелигер (1849–1924). Для того чтобы все массивные тела в бесконечной Вселенной не слились в единый ком вещества, потребовалось бы очень специфическое распределение масс в пространстве, какого мы не наблюдаем.

Парадокс Зелигера, или Зеелигера (старое написание), как его часто называют, указывал на то, что мы чего-то не понимаем и картина мира ­вечной и бесконечной стационарной Вселенной содержит какой-то изъян. Либо Вселенная не вечна (у нее когда-то было начало, и поэтому гравитирующие массы еще не успели сблизиться и слиться), либо Вселенная не бесконечна, либо мы еще что-то не учитываем...

Парадокс! Или запас кофе не бесконечен, или мы чего-то не учитываем.

Существовало также и еще одно рассуждение, получившее название фотометрический парадокс, или парадокс Ольберса (в честь немецкого астронома Генриха Ольберса (1758–1840)). Речь шла о следующем.

Если мы войдем в лес, то вскоре не увидим горизонта — нам его загородит сплошная стена из деревьев. Если же мы попытаемся смотреть между деревьями, наш взгляд все равно рано или поздно упрется в какое-нибудь дерево, и горизонт виден не будет.

Аналогия с лесным пейзажем усматривается в фотометрическом парадоксе Ольберса. Почему все небо не сплошь закрыто звездами и между звездами есть темные места?

Возвратимся из леса во Вселенную. Если Вселенная бесконечна, то, куда бы мы ни посмотрели, наш взгляд рано или поздно должен упереться в какую-нибудь звезду! Это произойдет обязательно, если Вселенная бесконечна, — ведь это означает, что в ней должно быть бесконечное количество звезд, заполняющих бесконечное пространство. Но тогда не должно быть никакого черного неба: весь небосвод должен сиять если не как поверхность Солнца, то, по крайней мере, как Млечный Путь.

Попытки спасти ситуацию, объясняя черное ночное небо тем, что в определенных направлениях свет звезд нам загораживают облака из пыли и газа, оказались несостоятельны. За бесконечное время облака прогреются излучением, должно установиться термодинамическое равновесие, нагретый газ тоже стал бы излучать свет, как звезды.

Кроме того, астрономы научились опознавать темные пылевые облака. Объяснить черное небо сплошными пылевыми облаками оказалось невозможно! Черное небо — это просто место, где нет звезд. С картиной мира, в которой присутствует бесконечное количество звезд, наблюдения явно не согласовывались.

Замечательно то, что оба противоречия — и гравитационный парадокс Зелигера, и фотометрический парадокс Ольберса — были хорошо известны ученым. Но идея бесконечной и вечной стационарной Вселенной тем не менее главенствовала в их головах. Наверное, подразумевалось, что когда-нибудь как-то и кому-то удастся объяснить оба парадокса. Отказаться от устоявшейся картины мира никто не предлагал.

Тем временем на рубеже XIX и XX веков в ­науке произошли грандиозные изменения. Новые приборы, новые технологии, новые возможности позволяли обнаруживать новые свойства мира.

Способность рентгеновского излучения проникать сквозь непрозрачные материалы и засвечивать фотопластинки привели к открытию неизвестных ранее лучей. Открытие Рентгена сильно повлияло на развитие науки и в сочетании с другими открытиями заставило пересмотреть целый ряд положений классической физики.

Было открыто рентгеновское излучение. Был открыт феномен радиоактивности. Исследования глубинной структуры вещества позволили разобраться в структуре атомов, о которых когда-то говорил Демокрит. Сложные опыты показали, что атомы состоят из тяжелых ядер (для каждого типа атома — своих), несущих положительный электрический заряд, и витающих вокруг ядер легких частиц, несущих минимально возможный отрицательный электрический заряд, — электронов. Позднее удалось выяснить, что в ядрах атомов присутствуют положительно заряженные протоны (их масса примерно в 1800 раз больше, чем у электрона) и близкие к протонам по массе нейтроны — частицы без электрического заряда.