Джордж и сокровища Вселенной

Вселенная: руководство пользователя

Путешествие по Вселенной

Сейчас мы отправимся в путешествие по Вселенной.

Но прежде чем тронуться в путь, нужно выяснить, что означают слова «путешествие» и «Вселенная». Под словом «Вселенная» мы привыкли понимать «всё, что существует». Однако в истории астрономии неоднократно выяснялось, что Вселенная ещё больше, чем считалось ранее. Таким образом, наше представление о том, что такое «всё», тоже меняется.

В наши дни большинство космологов придерживаются теории Большого взрыва, согласно которой Вселенная возникла в состоянии предельного сжатия около 14 миллиардов лет назад. Отсюда следует, что самое дальнее расстояние, на которое мы можем видеть, – это расстояние, пройденное светом с момента Большого взрыва. Этим определяется размер наблюдаемой Вселенной.

А что мы подразумеваем под «путешествием»? Прежде всего, надо ясно различать: одно дело – охватывать Вселенную взглядом и совсем другое – перемещаться по ней. Глядя на Вселенную, мы неизбежно обращаемся к прошлому, и это первый способ путешествия по Вселенной. Второй способ – это перемещение по Вселенной, то есть космические полёты. Но есть и третий: направляясь от планеты Земля к краю наблюдаемой Вселенной, мы, по сути, прослеживаем историю человеческих представлений о масштабах Вселенной. Поговорим же об этих трёх способах путешествий.

Путешествие в прошлое

Астрономы получают данные о Вселенной в виде электромагнитных волн, движущихся со скоростью света (300 000 км/с). Это очень высокая скорость, но всё же она конечна, и с её помощью астрономы часто измеряют расстояния. Солнечный свет долетает до нас за несколько минут, а вот свет от ближайшей после Солн ца звезды – за годы; от ближайшей большой галактики (Туманность Андромеды) – за миллионы лет; от самых далёких галактик – за миллиарды лет.

Это значит, что чем большее расстояние охватывает взглядом наблюдатель, тем дальше он заглядывает в прошлое. Например, если мы наблюдаем галактику, находящуюся от нас на расстоянии 10 миллионов световых лет, мы видим её такой, какой она была 10 миллионов лет назад. И в этом смысле путешествие по Вселенной – это путешествие не только в пространстве, но и во времени: назад в прошлое, вплоть до Большого взрыва!

Правда, пройти весь путь назад до Большого взрыва мы не можем. В начале своего существования Вселенная была настолько плотной и горячей, что представляла собой раскаленный «туман», в котором нам ничего не видно. Расширяясь, Вселенная остывала, и примерно через четыреста тысяч лет после Большого взрыва туман рассеялся. И всё же мы можем строить гипотезы о том, какой была Вселенная до того. Чем дальше мы углубляемся в прошлое, тем плотнее и горячее оказывается Вселенная, а значит, наши представления о ней основаны на теориях физики высоких энергий; но всё-таки теперь у нас имеется более или менее полная картина истории Вселенной.

Можно было бы предположить, что наше путешествие в прошлое заканчивается в момент Большого взрыва. Однако в наши дни учёные пытаются понять физическую природу этого события, поскольку любой механизм, способный породить нашу Вселенную, мог в принципе породить и другие вселенные. Некоторые считают, например, что Вселенная проходит циклы расширения и коллапса: получается целый ряд вселенных, следующих во времени одна за другой. А кое-кто полагает, что наша Вселенная – всего лишь один из множест ва «пузырей», разбросанных по космосу. Всё это варианты так называемой гипотезы «мультивселенной».

Путешествие в пространстве

Путешествие через Вселенную в физическом смысле – задача куда более сложная. Проблема заключается во времени, которое потребовалось бы на такое путешествие. Согласно частной теории относительности Эйнштейна (1905), ни один космический корабль не может двигаться со скоростью, превышающей скорость света. Это значит, что пересечение нашей Галактики займёт минимум сто тысяч лет, а пересечение Вселенной – десять миллиардов лет (по крайней мере, с точки зрения того, кто находится на планете Земля). Однако, согласно той же теории относительности, для движущегося наблюдателя время течёт медленнее, поэтому для самих космонавтов путешествие пролетит гораздо быстрее. А если бы можно было путешествовать со скоростью света, то такое путешествие вообще не заняло бы никакого времени!

Космический корабль не способен двигаться так же быстро, как свет, но всё-таки его скорость можно постепенно увеличивать, приближая к скорости света, – и тогда время, проведённое в пути, будет гораздо короче, чем на Земле. Например, если перемещаться с ускорением свободного падения, с каким тела на Земле падают вниз благодаря земному притяжению, то путешествие по Галактике займёт всего лишь около тридцати лет. А это значит, что путешественник вернется на Землю живым и даже ещё не старым, хотя все его друзья, которые оставались на Земле, давным-давно умерли. Если же он ещё сто лет будет улетать от Галактики, набирая скорость, то, в принципе, сможет достичь края наблюдаемой в наше время Вселенной!

Общая теория относительности Эйнштейна (1915) предлагает нам ещё более удивительные возможности. Так, не исключено, что когда-нибудь космонавты научатся использовать эффекты «кротовой норы» и «искривления пространства», как в «Звёздном пути» и других фантастических сериалах, и путешествовать по космосу ещё быстрее, – тогда вообще можно будет вернуться домой, пока все твои друзья ещё живы. Но всё это пока лишь предположения.

Путешествие в историю человеческой мысли

Древние греки считали, что центр Вселенной – это Земля, вокруг которой, довольно близко к ней, находятся планеты, Солнце и звёзды. Эта точка зрения (она называется геоцентрической, от греческого геос – «Земля») была опровергнута в XVI веке: Николай Коперник показал, что Земля и другие планеты обращаются вокруг Солнца (по-гречески – Гелиос). Однако и новая, гелиоцентрическая картина мира продержалась недолго. Несколько десятилетий спустя Галилео Галилей с помощью изобретённого им телескопа продемонстрировал, что Млечный Путь, который тогда казался людям всего лишь полоской света на ночном небе, состоит из множества звёзд, подобных Солнцу. Это открытие не только понизило Солнце в звании, но и показало, что Вселенная гораздо больше, чем тогда принято было думать.

Начиная с XVIII века никто уже не сомневался, что Млечный Путь – это диск (наша Галактика) из звёзд, удерживаемых вместе силой притяжения. Но большинство астрономов полагали, что Галактика – это и есть вся Вселенная. Это была уже галактоцентрическая точка зрения, и она продержалась до начала XX века. А в 1924 году астроном Эдвин Хаббл вычислил расстояние до ближайшей к нам галактики – Туманности Андромеды – и показал, что она находится далеко за пределами нашей Галактики. Таким образом, представления о размерах Вселенной снова изменились!

Ещё через несколько лет Хаббл получил данные о нескольких десятках соседних галактик. Из этих данных следовало, что все они удаляются от нас со скоростью, пропорциональной расстоянию до них. Легче всего это представить, допустив, что и сам космос расширяется – как поверхность надуваемого воздушного шарика, на которой нарисованы галактики. Это расширение известно как «закон Хаббла», и теперь уже доказано, что закон этот применим к расстояниям в десятки миллиардов световых лет – то есть к области, содержащей сотни миллиардов галактик. Масштабы Вселенной вновь подверглись пересмотру!

Такая точка зрения называется космоцентрической – и это, похоже, окончательное звено в цепи представлений о размерах Вселенной. Дело в том, что, согласно закону Хаббла, если возвращаться в прошлое, то галактики сближаются и в конечном счёте сливаются воедино. Плотность Вселенной продолжает увеличиваться вплоть до Большого взрыва, который был 14 миллиардов лет назад, и расстояние, пройденное с тех пор светом, – это самое дальнее расстояние, на которое мы можем видеть. Однако не так давно было сделано интересное открытие. Хотя логично было бы предполагать, что расширение Вселенной замедляется из-за гравитации, современные наблюдения показывают, что на самом деле оно ускоряется. Теории, объясняющие это явление, предполагают, что наша наблюдаемая Вселенная – часть куда большего «пузыря», а сам этот «пузырь», возможно, – лишь один из множества пузырей, согласно теории мультивселенной!

Что же дальше?

Итак, все три наших путешествия – в прошлое, в космос и в историю человеческой мысли – приводят к одному и тому же: к ненаблюдаемым вселенным, увидеть которые мы можем лишь мысленно, посредством теорий!

Вот бы знать, какие открытия сделают астрономы будущего…

Бернард