Всё из ничего: Как возникла Вселенная

Как говорят некоторые мои друзья, хорошо бы, чтобы лично мне кто-нибудь ежедневно напоминал, что это не так. И в то же время результат Хаббла в точности совпал с соотношением, которое предсказал Леметр. Наша Вселенная и правда расширяется.

Я пытался объяснить этот процесс разными способами и, честно говоря, думаю, что понять его все равно не получится, если не умеешь смотреть на все снаружи – снаружи во вселенском масштабе. Чтобы понять, о чем говорит закон Хаббла, нужно скинуть шоры нашей Галактики и взглянуть на Вселенную извне. Посмотреть снаружи на трехмерную Вселенную трудно, а на двумерную – уже проще. Ниже я нарисовал расширяющуюся Вселенную в два разных момента времени t₁ и t₂. Как видно, что на второй картинке галактики находятся друг от друга дальше.

А теперь представьте себе, что вы живете в одной из галактик со второго рисунка – я отметил белым – в момент времени t₂.

Чтобы увидеть, как будет выглядеть эволюция Вселенной с точки зрения этой галактики, я просто наложил правую картинку на левую, совместив «нашу» галактику на обеих картинках.

Вуаля! С точки зрения этой галактики все остальные удаляются от нее, причем те, которые в два раза дальше, удаляются в два раза быстрее, а те, которые дальше в три раза, – в три раза быстрее, и т. д. Если у Вселенной нет границ, обитателям галактики кажется, что в центре расширения находятся именно они.

Какую именно галактику при этом выбрать, неважно. Возьмем другую галактику и повторим операцию:

Таким образом, все зависит от точки зрения: или каждая точка – центр Вселенной, или же ни одна из них не центр Вселенной. Это неважно: закон Хаббла соответствует картине расширяющейся Вселенной.

Так вот, когда в 1929 г. Хаббл и Хьюмасон опубликовали результаты своего анализа, они не только сообщили, что обнаружили линейную зависимость между расстоянием и скоростью разбегания, но и сделали количественную оценку темпа расширения. Вот данные, которые они тогда представили:

Как видите, идея провести на графике с такой совокупностью данных прямую линию представляется лишь относительно удачной догадкой Хаббла. Очевидно, что какая-то зависимость есть, но на основании одних только этих данных далеко не очевидно, что именно прямая линия лучше всего ее описывает. Числа, которые получили Хаббл и Хьюмасон и которые отражены на графике, показывают, что галактика на расстоянии в 1 млн парсек от нас (3 млн световых лет с лишним) – а именно таково среднее расстояние между галактиками – удаляется от нас со скоростью 500 км/с. Однако эту оценку удачной не назовешь.

Почему – более или менее понятно. Если в наши дни все разбегается в стороны, значит, в прошлом все было ближе друг к другу. А если на все действует сила притяжения, она должна замедлять расширение Вселенной. Это значит, что галактика, которая, как мы наблюдаем сегодня, удаляется от нас со скоростью 500 км/с, раньше должна была двигаться быстрее.

Но, если мы на секунду допустим, что галактика всегда уносилась прочь с такой скоростью, можно посчитать все «в обратном порядке» и выяснить, как давно она занимала то же положение, что и наша Галактика. Поскольку галактики, расстояние до которых вдвое больше, движутся вдвое быстрее, расчеты покажут, что они все одновременно окажутся там же, где и мы. И правда: вся наблюдаемая Вселенная была сосредоточена в одной точке в момент Большого взрыва, а когда именно, мы как раз и оцениваем.

Понятно, что такая оценка – верхний предел возраста Вселенной, поскольку если галактики когда-то двигались быстрее, то оказались бы там, где находятся сейчас, скорее, чем показывает эта оценка.

Так вот, такая оценка на основании расчетов Хаббла показывала, что Большой взрыв произошел примерно 1,5 млрд лет назад. Но даже в 1929 г. накопилось достаточно данных, чтобы было очевидно всем (кроме разве что сектантов, буквально понимающих Священное Писание, – они еще сохранились в Теннесси, в Огайо и в нескольких других штатах), что Земля старше 3 млрд лет.

Конечно, когда ученые устанавливают, что Земля старше Вселенной, получается как-то неловко. А главное, становится очевидно, что в анализе что-то не так.

Причина путаницы оказалась проста: оценки расстояний Хаббл делал по соотношениям для цефеид в нашей Галактике, и эти оценки имели систематическую ошибку. Шкала расстояний, основанная на том, что по данным ближних цефеид оценивалась дистанция до дальних, а затем – до галактик, в которых наблюдались еще более далекие цефеиды, оказалась неверной.

История о том, как исправляли эти систематические эффекты, слишком длинна и запутанна, чтобы излагать ее здесь, – впрочем, это уже неважно, потому что теперь у нас есть куда более точный механизм оценки расстояний.

Приведу одну из моих любимых фотографий, сделанных космическим телескопом «Хаббл»[9].