Простая сложная Вселенная

Обе теории – квантового поля и общей теории относительности – открыли наши глаза и умы для Вселенной гораздо более обширной, чем когда-либо мог представить себе любой из наших предков, но до сих пор эти теории тоже имеют ограничения. Однако, в отличие от теории Ньютона, никто не знает наверняка, что лежит за их пределами. В данной книге вы совершили путешествие по этим чрезвычайно успешным теориям и в последней части сделали робкий, пробный шаг дальше, за их границы. Вы вошли во Вселенную, чьи основные составляющие – струны и браны, Вселенную, созданную из многочисленных реальностей и возможностей, квантовых вакуумов, приводящих к странным законам во вселенных, не являющихся нашими собственными.

Экстраординарное видение Эйнштейна состояло в том, чтобы понять, что гравитация не то, чем считал ее Ньютон. Эйнштейн показал, что она имеет кривые и склоны. Гравитация, материя и энергия связаны очень простым способом: наша Вселенная имеет ткань, называемую пространство-время, кривые и формы которой обусловлены ее содержимым, тем, что находится внутри. Эффект этих кривых на близлежащих объектах и свете и есть то, что мы называем и воспринимаем как гравитацию. Вот в чем заключается общая теория относительности. Ей сто лет. Чтобы выяснить локальную форму Вселенной за пределами звезды и то, как ее гравитация влияет на окружающие объекты, просто необходимо знать энергию, содержащуюся внутри звезды. Многие ученые делали эти расчеты, начиная с немецкого физика Карла Шварцшильда.

В 1915-м, в тот самый год, когда Эйнштейн опубликовал свою теорию, в то время когда только горстка людей во всем мире поняла, о чем идет речь, Шварцшильд выяснил точную геометрию пространства-времени снаружи звезды. Ему было в то время 43 года, он достиг успеха во время боевых действий на русско-немецком фронте во время Первой мировой войны. Он умер несколько месяцев спустя от подхваченной там болезни. Войны лишили человечество слишком многих людей, в том числе тех, кто, как Шварцшильд, мог бы помочь нам понять мир лучше и быстрее.

При следовании работе Шварцшильда стало возможным предположить, как движутся вокруг звезд объекты и свет. Он рассчитал правильную орбиту Меркурия и показал, что свет сам по себе должен отклоняться от Солнца. В 1919 году экспедиция под руководством британского астронома, сэра Артура Эддингтона, обнаружила такое (ранее незаметное) отклонение. Фотографии, сделанные во время полного солнечного затмения в том году, показали, что звезды вблизи Солнца находились не там, где они должны были. Вместо этого они появились именно там, где, как предсказывала теория Эйнштейна, им следовало очутиться после их отклонения из-за влияния Солнца на пространство-время. Свет сам по себе подвержен гравитации.

Вскоре после смерти Шварцшильда тот же механизм был применен к еще более крупным объектам, галактикам, и предрек, что странные космические миражи, дуги или арки света, плавающие в центре далекой Вселенной, существуют. Это были образы еще более отдаленных галактик, чей свет исказился на пути к нам. Галактики, соответственно, действовали как космические линзы, позволяя нам видеть сквозь них еще дальше, глубже в историю нашей Вселенной. Такие линзы и миражи были обнаружены через шестьдесят с лишним лет после публикации работы Эйнштейна, в 1979 году. Теперь их можно увидеть почти на каждом изображении глубокого космоса, полученного с помощью телескопов. Попутно они показывают, что геометрическая интерпретация гравитации Эйнштейна работает не только в непосредственной близости от Солнца, но и во всем космическом пространстве.

Общая теория относительности дала нам новое видение Вселенной.

Вы, я, все и всё окружены всей той информацией, достигающей нас сейчас, в этот момент, из прошлого. Мы располагаемся в центре нашей видимой реальности, и все в этой реальности подчиняется закону Эйнштейна, кроме внутреннего содержимого черных дыр. То же самое относится к нашему пониманию материи и света: вся видимая Вселенная управляется теми же законами, что применяются в наших космических окрестностях. Материя, из которой мы состоим, свет, отражающийся от нашей кожи, – все они подчиняются тем же квантовым законам, что и повсюду в видимой Вселенной.

Связывание законов дальних галактик с законами близлежащих галактик привело к открытию того, что наша Вселенная имеет историю, что в своем прошлом она пережила Большой взрыв, что прошлые космические эпохи можно прочитать по звездам вплоть до той точки, в которой свет полностью перестает распространяться. Этот момент, это место в прошлом Вселенной, когда пространство стало достаточно обширным, чтобы позволить свету свободно передвигаться, мы назвали поверхностью последнего рассеяния. Когда она исчезла, Вселенная имела температуру 3000 °C. До этого момента вся Вселенная была светонепроницаемой. После него она стала прозрачной. То, что сегодня осталось от излучаемой ей температуры, называется космическим микроволновым фоновым или реликтовым излучением. Оно несет в себе отпечатки того, что существовало раньше.