Вселенная на ладони

Расширяющаяся Вселенная

Постулат, лежащий в основе закона Хаббла, очень прост: чем дальше находится галактика, тем быстрее, как нам кажется, она удаляется от нас. Между тем, эта кажущаяся безобидной идея имеет невероятно глубокие последствия. Получается так, что наша Вселенная расширяется.

На первый взгляд, совсем не очевидно, почему закон Хаббла подразумевает, что мы живем в расширяющейся Вселенной. Для простоты понимания, представьте себе тесто, начиненное изюмом, которое вы собираетесь поставить в духовку для выпекания. Предположим, что тесто за один час расширится, увеличившись в два раза от своей первоначальной величины. Зернышко изюма, которое изначально находилось на расстоянии одного сантиметра от вас, окажется от вас на расстоянии два сантиметра. Изюминка, сначала находящаяся в тесте с расстояния двух сантиметров от вас, в итоге окажется на расстоянии четырех сантиметров. Изюминка, находившаяся ближе к вам, как оказывается, перемещалась на один сантиметр в час, а та, которая находилась дальше, перемещалась на два сантиметра за то же самое время. То есть, изюминка, находившаяся дальше, удалялась от нас быстрее.

Вы могли бы даже сказать, что «изюмины в расширяющемся тесте, как кажется, перемещаются на один сантиметр в час на каждый сантиметр первоначального расстояния между ними». Это ровно то, что вытекает из константы Хаббла: галактики перемещаются на 21 километр каждую секунду на каждый миллион световых лет исходного расстояния между ними. Вселенная расширяется точно так же, как расширяется тесто.

Галактики не отдаляются от нас из-за того, что они движутся в направлении от нас сквозь космическое пространство. В конце концов, изюминки тоже не перемещаются сквозь тесто. Как раз наоборот, расширяется разрыв между галактиками по мере того, как расширяется пространство между ними. Чем больше расстояние между нами и далекими галактиками, тем больше пространства для их расширения и тем быстрее, как нам будет казаться, они станут удаляться от нас.

Глава 6 Вселенная

Большой взрыв

Зарождение идеи

Хаббл показал, что Вселенная расширяется. Между тем, Вселенная, сегодня расширяющаяся, вчера была меньше, поэтому естественно предположить, что в далеком прошлом она должна была быть очень маленькой. Это предположение полностью согласуется с более ранними работами Александра Фридмана и Жоржа Леметра, выполненными в 1920-х годах. Для подтверждения идеи о том, что со временем Вселенная расширялась, начиная с первоначального компактного состояния, они обратились к уравнениям общей теории относительности Эйнштейна.

Используя скорость, с которой Вселенная увеличивается, – константу Хаббла – мы можем произвести обратные вычисления и узнать, когда это расширение началось. Согласно современным данным, это произошло 13,8 миллиарда лет назад. Проследив процесс расширения в обратном направлении, можно было бы увидеть, как все становится ближе и ближе друг к другу. Если вы следуете общей теории относительности буквально, то все пространство(-время) заканчивается концентрацией в сингулярности – в той же самой бесконечно малой, бесконечно плотной точке, которая была предсказана этой теорией и находится в центре черной дыры. Идеи и пространства, и времени полностью разрушаются в этой сингулярности.

Все эти гипотезы дают основание предполагать, что пространство и время начали свое существование около 13,8 миллиарда лет назад, когда невообразимо маленькая горячая точка взорвалась, расширяясь наружу. Это событие астрономы назвали Большим взрывом. С тех пор возникшая в тот момент Вселенная непрерывно расширяется.

Стационарная модель Вселенной

Термин «Большой взрыв» впервые использовал английский астроном Фред Хойл во время интервью на радио BBC в 1949 году. Он был главным оппонентом и критиком идеи Большого взрыва, предпочитая вместо нее стационарную модель – идею того, что Вселенная существовала всегда и по большей части в современном ее виде. Полностью противореча идее Большого взрыва, модель стационарной Вселенной утверждает, что время и пространство не имеют ни начала, ни конца. Основы этой теории сформулированы в 1948 году Хойлом, Германом Бонди и Томасом Голдом.

Ученые находились в поисках альтернативного сценария, так как в теории Большого взрыва существовала большая проблема: согласно ей Вселенная была моложе, чем Земля. Астрономы чрезмерно преувеличили константу Хаббла – меру того, насколько быстро расширяется Вселенная, – так как они не имели возможности точно измерить расстояние до галактик. Полагая, что Вселенная расширяется значительно быстрее, чем это было на самом деле, они чрезмерно недооценили ее возраст. Первоначальная оценка по данным Хаббла составляла 2 миллиарда лет. Но геологи уже обнаружили каменные породы, возраст которых равнялся 3 миллиардам лет.