Космологические коаны. Путешествие в самое сердце физической реальности

О чем это говорит? Во-первых, о том, что можно получить много полезных — хоть и приблизительных, но достаточно правильных оценок, — лишь использовав несколько цифр, которые мы случайно помним или легко можем найти. Это часто называют оценкой по порядку величины. Искусство выполнения таких расчетов заключается в том, чтобы найти самые важные параметры данной задачи, понять, как они соотносятся друг с другом, и отыскать способ получить правильный по порядку величины результат. В данном случае это означает, что вы можете утверждать: каждую секунду в Индии рождается один ребенок, а не 10 и не один в 10 секунд.

Эти числа показывают также, насколько велик наш мир. Рождение — событие, которое случается в жизни каждого человека только раз, а в мире — в какой-то его части — происходит каждую секунду! Аналогично, смерть звезды при взрыве суперновой случается только однажды в течение жизни небольшой группы звезд, длящейся сотни миллионов лет, а в наблюдаемой вселенной такое где-нибудь да случается много раз в секунду[23]. Это огромное пространство! (И оно становится все больше, увеличиваясь примерно на 10⁶² кубических метров в секунду.)

Когда мы размышляем над всеми этими событиями, происходящими сейчас, нам интуитивно ясно, что мы имеем в виду, говоря о «сейчас»: некое событие либо происходит сейчас, либо нет, правильно?

А вот и неверно.

Чтобы понять, почему, давайте подумаем, что мы имеем в виду, когда говорим, что «что-то происходит сейчас», и, в частности, откуда мы знаем, что оно происходит сейчас. Когда вы говорите, что падающий лист упал на землю «сейчас», вы имеете в виду, что это событие совпадает с вашим внутренним ощущением текущего момента. Когда вы говорите, что лист упал 10 секунд назад, вы подразумеваете, что ваши внутренние (или ручные) «часы» отсчитали 10 секунд с момента вашего ощущения того, что лист приземлился.

Но представьте себя во время грозы, случившейся в какой-то точке Земли в данный момент. Вы замечаете, что вспышка молнии и сопровождающий ее гром согласно вашим внутренним часам происходят в различные моменты времени. Объяснение простое: гром — звуковая волна, распространяющаяся со скоростью звука, и для того, чтобы добраться до вас, ей требуется время. А для вспышки молнии, распространяющейся с гораздо большей скоростью — со скоростью света, — требуется ничтожное время. Так же, как для упавшего листа, эта задержка за счет конечности скорости света так мала, что вы обычно считаете, что вспышка происходит в тот же самый момент, в который вы ее видите.

На более крупных масштабах, однако, эти эффекты становятся довольно заметными и даже критическими. Когда специалисты по космосу отправляют исследовательские космические корабли куда-то в Солнечную систему, они вынуждены считаться с задержками в минуты или даже часы между происшедшим событием и сигналами, его описывающими. Глядя на ночное небо, вы видите звезды такими, какими они были десятки, сотни и даже тысячи лет назад. И когда астрономы наблюдают далекие галактики, которые удаляются от нашей из-за расширения вселенной, они видят события космической истории, произошедшие миллиарды лет назад, когда не только галактики были моложе, но и сама вселенная расширялась с другой скоростью. Мы можем заглянуть даже дальше: так называемое космическое микроволновое реликтовое излучение состоит из света, который свободно шел к нам 13,8 миллиарда лет — с того момента, когда он последний раз провзаимодействовал со смесью горячих газов водорода и гелия. Этот свет позволяет получить изображение структуры вселенной в тот момент, когда она только что возникла и зародыши будущих галактик, планет и звезд существовали лишь в виде ряби на поверхности космического моря. Это изображение нашей зарождавшейся вселенной всегда у нас перед глазами: то самое реликтовое излучение образует небольшой фон статического электричества («снег») при включении аналогового ТВ, когда мы еще не настроились на канал. И на экране мы видим вселенную на ранней стадии развития в том же смысле «прямо сейчас», в каком видим прямо сейчас падающий лист.

Это смешение настоящего и самого отдаленного прошлого дает нам представление о том, что соотношение этих понятий сложное и что существует громадная разница между тем, что происходит прямо сейчас, и тем, что мы наблюдаем прямо сейчас. В частности, предполагается, что мы фиксируем только вещи, которые происходят в одно и то же время и в одном и том же месте (одно и то же «событие»). Например, восприятие листа «сейчас» означает, что свет попадает в наши глаза в тот же момент (почти) и в то место, которые соответствуют нашему внутреннему восприятию «сейчас». Реальное столкновение листа с землей — это другое событие. Аналогично, если вы выключили свой телевизор несколько лет назад, взглянув в последний раз на картину зарождающегося космоса, то это событие сильно разнилось с начальным выбросом этого излучения от раннего космического огненного шара.