Ноль: биография опасной идеи

Вселенная родилась в ноле. Из пустоты, из ничего возник катаклизм — взрыв, который создал всю материю и энергию, из которых состоит Вселенная. Это событие — Большой взрыв — представлялось многим ученым и философам чудовищным. Прошло много времени, прежде чем астрофизики стали соглашаться с тем, что Вселенная конечна во времени, что она, в конце концов, имела начало.

Предрассудок насчет бесконечности Вселенной очень древен. Аристотель отвергал возникновение Вселенной из пустоты, потому что считал, что пустоты никогда не существовало. Однако это порождало парадокс. Если Вселенная не могла родиться из пустоты, тогда что-то должно было существовать до ее появления: Вселенная должна была существовать до того, как Вселенная родилась. Для Аристотеля единственный выход из этого тупика виделся в заключении о том, что Вселенная вечна. Она всегда существовала в прошлом и всегда будет существовать в будущем.

Западная цивилизация со временем должна была сделать выбор между Аристотелем и Библией, которая учит, что конечная Вселенная возникла из ничего, и содержит пророчества ее уничтожения. Хотя космос семитской Библии был поколеблен аристотелевским, идея вечной и неизменной Вселенной не была изгнана полностью, дожив даже до XX века. Она привела Эйнштейна к тому, что он называл величайшей ошибкой в своей карьере.

Для Эйнштейна общая теория относительности имела решающий недостаток. Она предсказывала конец Вселенной. Если верить уравнениям общей теории относительности, Вселенная нестабильна. Существовало всего два варианта, и оба неприятные.

Согласно одному, Вселенную ждет коллапс под действием ее собственной гравитации. По мере того как Вселенная будет становиться все меньше и меньше, она будет все более разогреваться. Она разгорится радиацией, которая истребит всякую жизнь и в конце концов уничтожит атомы, из которых состоит материя. Это была бы огненная смерть. Со временем Вселенная сожмется в имеющую нулевые измерения точку, подобную черной дыре, и исчезнет навсегда.

Другая возможность, если уж на то пошло, еще более мрачна. Вселенная будет расширяться до бесконечности. Галактики разойдутся все дальше друг от друга, и звездная материя, порождающая все энергетические реакции во Вселенной, будет делаться все более разреженной. Звезды выгорят, израсходовав все свое горючее, галактики сделаются все более темными, а потом холодными и безмолвными. Холодная мертвая материя звезд распадется, оставив после себя лишь слабую радиацию, которая равномерно распространится по Вселенной. Космос станет холодным супом гаснущего света.

Для Эйнштейна такие идеи были отвратительны. Как и Аристотель, он в душе считал Вселенную статичной, постоянной и вечной. Единственный выход он видел в том, чтобы «подкорректировать» свои уравнения общей теории относительности ради устранения неизбежного уничтожения. Он сделал это, добавив космогоническую константу — не открытую до сих пор силу, противостоящую гравитации. Давление этой космогонической константы уравновесило бы силу притяжения. Вместо коллапса Вселенную ожидало бы постоянное равновесие: она не сжималась бы и не расширялась. Постулирование такой загадочной силы было жестом отчаяния. «Я снова проделал кое-что с теорией гравитации, что грозит мне заключением в сумасшедший дом», — писал Эйнштейн, однако его так беспокоило неизбежное уничтожение Вселенной, что он был вынужден пойти на столь отчаянный шаг.

Эйнштейна не отправили в сумасшедший дом. Он предлагал и более странные вещи и оказывался прав. Впрочем, на этот раз удача ему изменила. Сами звезды разрушили представление Эйнштейна о статичном вечном космосе.

В 1900 году всей известной Вселенной был Млечный Путь. Астрономы не представляли себе, что есть что-то помимо нашего маленького пыльного звездного диска. Хотя они обнаружили светящиеся вращающиеся облака, не было особых оснований считать их чем-то иным, чем светящийся газ внутри нашей Галактики. В 1920-е годы все изменилось благодаря американскому астроному Эдвину Хабблу.

Особая разновидность звезд, названных переменными цефеидами, обладала свойством, позволившим Хабблу измерить расстояние до очень удаленных объектов.

Цефеиды пульсируют, делаясь то ярче, то тусклее. Эта пульсация вполне предсказуема, она строго зависит от того, сколько света они испускают. Цефеиды играют роль стандартных источников света, объектов, яркость которых известна. Они и стали ключевым инструментом для Хаббла. Они вели себя как прожектор на локомотиве.

Если вы смотрите на поезд, приближающийся к вам, вы заметите, что его прожектор делается ярче по мере приближения. Если вам известно, сколько света испускает прожектор (если он стандартный источник света), вы сможете сказать, насколько ярким он будет на каждом заданном расстоянии. Чем ближе поезд, тем ярче кажется его прожектор. Та же логика приложима и в обратном направлении: если вам известно, сколько света испускает прожектор, вы можете измерить его яркость в данный момент и вычислить, на каком расстоянии от вас находится поезд.