Как устроена машина времени?

– Легко подсчитать – получается что-то около 75 процентов от скорости света, – быстренько прикинул физик.

– В таком случае платите штраф за превышение скорости…

Шутки шутками, но астрономы тем не менее ухитряются «засекать» это смещение с помощью точных приборов. Более полувека назад астроном Пулковской обсерватории использовал этот прием для измерения скорости звезд, а Хаббл воспользовался тем же эффектом для открытия нового явления во Вселенной – разбегания галактик.

Так получила свое начало теория расширяющейся Вселенной.

Пространство вне времени?

Исходя из созданной им общей теории относительности, А. Эйнштейн попробовал построить космологическую теорию строения окружающей нас Вселенной. При этом он исходил из определенных общих воззрений на нее. В частности, он считал, что Вселенная в целом должна быть однородной. Предполагал он также, что и все направления во Вселенной равноправны.

Однородность и изотропность – это пространственные свойства Вселенной Эйнштейна. Ну а каковы должны быть ее временные свойства? На этот счет тоже существовала традиция начала века, которой последовал и создатель теории относительности. Согласно бытовавшим в то время взглядам считалось, что Вселенная пребывает в неизменном состоянии и никак не подвластна ходу времени. Если где-то погасла звезда или галактика, то ей на смену тотчас же загорается другая, так что в целом картина мира остается принципиально неизменной.

Однако реальная Вселенная оказалась совершенно иной, не статически застывшей, а динамичной и развивающейся. Уравнения Фридмана показали, что вещество Вселенной не может находиться в покое. Оно должно либо расширяться, либо сжиматься.

Но почему Вселенная не может быть статической? Ответ на этот вопрос достаточно прост. Классическая механика Галилея и Ньютона приучила человечество к мысли, что тело может находиться в покое или в состоянии равномерного прямолинейного движения только в том случае, если на него не действуют никакие силы. Или если эти силы – сколько бы их ни было – уравновешивают друг друга.

Может ли такое равновесие наблюдаться во Вселенной? Вряд ли. Потому что на все небесные тела в нашем мире действует, по существу, одна лишь сила – сила небесного тяготения. Никаких иных сил в этом масштабе попросту нет. В итоге сила всемирного тяготения ничем не уравновешивается и вследствие этого приводит мир в движение: планеты обращаются по своим орбитам вокруг солнц, а сами солнца и их скопления – звездные галактики, а также открытые недавно скопления галактик – все это должно двигаться.

На сегодняшний день измерена и скорость этого движения. Постоянная Хаббла, как называют эту скорость, по современным данным, составляет от 50 до 75 километров в секунду на мегапарсек[1]. Более точно эту величину измерить пока не удается по техническим причинам. Но и полученных данных достаточно, чтобы понять: время во Вселенной измеряется миллиардами лет.

В самом деле, если мы предположим, что две галактики находятся друг от друга на расстоянии 100 мегапарсек, то по закону Хаббла, гласящему, что скорость удаления одной галактики от другой равна постоянной Хаббла, умноженной на расстояние между галактиками, получается: одна галактика «убегает» от другой со скоростью где-то около 5 тыс. км в секунду.

По нашим земным понятиям скорость, конечно, весьма прилична. Однако с точки зрения масштабов Вселенной такое движение можно сравнить с черепашьим шагом: время, за которое одна галактика отойдет от другой на удвоенное расстояние, составит… порядка 20 млрд. лет!

Время Вселенной

Таким образом, получается, что время во Вселенной все-таки есть. Но движется оно, можно сказать, неспешно. Проходят миллиарды и миллиарды лет, пока становятся зримо видны изменения в строении галактик или в структуре составляющих их звезд. И человечество, если оно хочет хоть что-нибудь узреть и понять на протяжении короткого промежутка жизни одного поколения, должно запускать машину времени.

Одна из таких «машин» – наше воображение. «Если галактики разбегаются, – говорит оно нам, – то, значит, раньше они были ближе друг к другу. Чем дальше в прошлое, тем теснее они располагались в пространстве…»

Значит, где-то там, в весьма далеком прошлом, у Вселенной есть начало – момент, когда космическая плотность вещества была невообразимо велика и вся Вселенная сжата в одну точку.

Такое начальное состояние бесконечной плотности называется космической сингулярностью. (Кстати, само слово «сингулярность» в переводе означает «особенность». Оно как бы намекает на то, что это состояние совершенно необычно и исключительно.)

Но бесконечность, вообще-то, понятие математическое. Что оно может означать физически? Скорее всего, предел, границу применимости модели Фридмана. За ним, в области сингулярности, становятся неприменимы многие законы привычного нам мира, в том числе, по всей вероятности, и общая теория относительности.