9
О сотворении мира

«Вначале было ничто, и оно взорвалось».

Эта знаменитая цитата из Терри Пратчетта часто используется (возможно, напрасно) для высмеивания космологии. Логика обычно следующая. Вы называете себя учеными? Утверждаете, будто что-то знаете о Вселенной? Да ладно, вся эта болтовня о Большом взрыве просто смешна – это же полная бессмыслица! Отсюда вытекает, что наука не может быть путем к истине. Возвращаемся к божественному Творцу или кому что больше нравится.

Я никогда не понимал этой аргументации. Наука не умеет лечить рак. Наука практически ничего не знает о сознании человека. Никто не считает это причиной отбросить науку за ненадобностью. Наоборот! Но, когда звучит труднейший, наиглавнейший, глубочайший вопрос – как все началось? – ученых высмеивают за то, что они до сих пор не раскрыли эту тайну. А на что вы рассчитывали?

Если вы не понимаете, откуда взялась Вселенная, то у вас хорошая компания. Даже умнейшие космологи не знают, с чего все началось. Самые светлые умы человечества не имеют представления, что происходило до Большого взрыва и правомерно ли вообще так ставить вопрос. Даже Стивен Хокинг не знал наверняка, действительно ли Вселенная бесконечна и одна ли она. Самые трудные вопросы – те самые, которыми задается любой ребенок, – пока не имеют ответов, но наука далеко ушла от аллегорических мифов древности.

Если вы когда-нибудь задумывались над проблемами космологии, то наверняка испытывали затруднения. Это всем свойственно. Расширение космоса, красное смещение для галактик, искривленное пространство, бесконечность… Космология – сложная штука, но у нас впереди целая глава, и я сделаю все возможное, чтобы провести вас через минное поле научных понятий.

Все слышали о Большом взрыве. Около 13,8 млрд лет назад Вселенная была сжата в одну бесконечно малую точку в пространстве, и Большой взрыв разметал ее вещество во всех возможных направлениях, правильно?

Неправильно.

Это первое – и главное – заблуждение. Большой взрыв произошел не в пространстве. Это был взрыв самого пространства. По крайней мере такая формулировка намного более точна. Большинство людей представляют себе Большой взрыв как гигантский фейерверк: он исходит из определенного места и расшвыривает вещество по пространству во все стороны. Как только заметите, что представляете Большой взрыв в виде фейерверка, выбросьте эту картину из головы. Она ложна.

Чтобы вам стало понятнее, давайте перенесемся назад во времени примерно на столетие. Астрономы открыли спиральные туманности, такие как Андромеда и Водоворот. Никто не знал их подлинной природы. Одни считали их относительно близкими завихренными облаками газа, из которых со временем может образоваться новая звезда. Другие – крупными скоплениями звезд на значительно большем удалении, намного дальше нашей собственной галактики Млечный Путь.

Измерить расстояние до спиральной туманности невозможно – между Землей и Андромедой не растянешь рулетку. Но о спиральных туманностях можно узнать многое другое: положение в небе, видимый размер, яркость и форму. Чем больше вы о них знаете, тем выше шансы понять, что они из себя представляют.

Весто Слайфер догадался, что может установить еще один параметр – скорость сближения туманности с нами или удаления от нас. Как и его младший брат Эрл, Весто был астрономом в обсерватории Лоуэлла в Флагстаффе, штат Аризона. Эрл занимался в основном планетами, а Весто больше интересовали туманности. В 1912 г. он первым измерил скорость спиральной туманности.

Как измерить скорость объекта, не зная расстояния до него? С помощью эффекта Доплера, о котором я рассказал в главе 6. Вспомните пример с проезжающей мимо скорой помощью. Когда она выруливает на вашу улицу и мчится, приближаясь к вам, звук ее сирены кажется более высоким. Когда она удаляется от вас, звук сирены заметно понижается. Изменение тона является мерилом скорости машины скорой помощи.

Аналогично, если звезда приближается к вам, наблюдаемые световые волны «уплотняются» и мы видим свет более высокой частоты, соответствующей чуть более голубому цвету. Если та же звезда удаляется от нас, частота кажется нам более низкой, цвет – красноватым. Из наблюдения крохотного сдвига цвета можно вывести скорость звезды, даже если вы не знаете, на каком она расстоянии.

К началу XX в. астрономы поставили много экспериментов по измерению так называемых лучевых скоростей звезд (скоростей сближения с нами или удаления от нас вдоль линии взгляда). В случае спиральной туманности это гораздо более сложная задача. Туманность не является четко ограниченной крапинкой света, как звезда. Это размытая клякса – причем довольно бледная. Однако Слайфер справился с задачей. Астрономы в других обсерваториях последовали его примеру.

Если бы вы могли измерить скорости всех неотложек в окрестностях, то ожидали бы, что примерно половина из них будет сближаться с вами и другая половина удаляться от вас. В противном случае пришлось бы сделать вывод, что вы находитесь в нестандартной ситуации. Например, на месте крупной аварии большинство машин скорой помощи будут ехать к вам (согласно вашим расчетам). Но в произвольном положении вы должны будете слышать столько же высоко звучащих сирен, сколько и низко звучащих.

Можете представить, как удивились Слайфер и его коллеги, обнаружив, что все спиральные туманности, которые им удалось наблюдать, удаляются (за одним исключением, к которому я еще вернусь). Во всех случаях свет, наблюдаемый с Земли, имел более низкую частоту, соответствующую более красному цвету. Иначе говоря, все туманности имели красное смещение. Это было совершенно невероятно – напрашивался вывод, что Земля занимает какое-то особое положение во Вселенной.

Прежде чем мы двинемся дальше, вам следует понять, что красное смещение – чрезвычайно слабый эффект. Туманность Водоворот не имеет багряного оттенка. Частотный сдвиг и соответствующий сдвиг длины волны (или цвета) слишком малы, чтобы их можно было различить на глаз. Астрономам приходится с высокой точностью измерять определенные характеристики света туманности. Например, горячий водород, как известно, излучает красный свет длиной волны 656 нм (0,000656 мм), а в некой спиральной туманности эта эмиссия может наблюдаться, скажем, на 658 нм. Однако это крохотное смещение свидетельствует о скорости удаления порядка 900 км/с.

Итак, загадка: все спиральные галактики удаляются, причем быстро. Никто не мог найти объяснение вплоть до конца 1920-х гг., когда его предложил американский космолог Эдвин Хаббл. Вам наверняка знакомо это имя – космический телескоп «Хаббл» назван в его честь.

Ранее, в 1924 г., Хаббл доказал, что спиральные туманности не являются частями Млечного Пути. Это «острова Вселенной» – как говорили астрономы в те времена – самостоятельные галактики, вмещающие миллиарды звезд. И вот в 1929 г. Хаббл совершил поразительное открытие. Чем дальше галактика, тем быстрее она удаляется от Млечного Пути. Соседние галактики улетают от нас со средними скоростями, далекие – с гораздо более высокими.

Разумеется, у Хаббла не было достаточно точных данных о расстояниях до других галактик, но он выдвинул обоснованные предположения. Если звезды (или светящиеся облака газа) кажутся более яркими в галактике А, чем в галактике Б, есть все основания полагать, что галактика Б находится дальше. Тенденция ясна: более дальняя галактика – более высокая скорость удаления, очень далекая галактика – очень высокая скорость удаления.

В 1927 г. бельгийский священник-иезуит и астроном Жорж Леметр первым сделал верный вывод. Занимаем ли мы совершенно особое положение во Вселенной? Нет. Другие галактики загадочным образом разлетаются от Млечного Пути? Нет. Мы действительно измеряем скорости удаления? Нет. В действительности само пространство расширяется в соответствии с одним частным решением релятивистских уравнений Альберта Эйнштейна. Леметр справедливо считается отцом теории Большого взрыва.

Я попробую объяснить происходящее на примере кекса с изюмом. Это хорошо известное и широко используемое сравнение, я даже не смог выяснить, кто его автор. Итак, поставим мысленный эксперимент (вы, конечно, можете провести его на самом деле, но это необязательно, разве что вы большой любитель кексов с изюмом).

Прежде чем поставить кекс в духовку, приготовим его особым образом – так, чтобы все изюминки располагались в тесте строго равномерно, каждая на расстоянии 1 см от ближайших. Это означает, что все изюминки находятся в вершинах воображаемой пространственной решетки, состоящей из кубиков размером 1×1×1 см каждый. Убедитесь, что ясно представляете себе эту картину.

Теперь включаем духовку. Поскольку мы используем супертесто (это же мысленный эксперимент), кекс бурно поднимается. Всего за час выпекания его размер увеличивается в два раза. Таким образом, через час каждая изюминка оказывается в 2 см от соседних.

Представьте, что вы находитесь в одной из изюминок. Сначала до вашей соседки 1 см, но после выпекания расстояние составляет уже 2 см. За один час оно увеличилось с 1 см до 2 см. Иными словами, во время пребывания в духовке вы наблюдаете, как ближайшая изюминка удаляется от вас со скоростью 1 см/ч.

Однако следующая изюминка в ряду первоначально была от вас в 2 см, а оказалась в 4 см. Кажется, что она перемещается на 2 см в течение часа. Аналогично более удаленная изюминка, до которой было 10 см, также окажется в два раза дальше – вы увидите, что она проходит 10 см за час.

Соседняя изюминка: малая скорость удаления. Более дальняя изюминка: более высокая скорость удаления. Очень далекая изюминка: очень высокая скорость удаления. Именно то, что обнаружил Хаббл.

Необходимо понять одну вещь. Совершенно не важно, в какой изюминке вы находитесь. Картина одинакова, из какой точки кекса на нее ни смотри. Никакая изюминка не занимает особого положения. Все и каждая «видят», как остальные улетают от них. Аналогично галактика Млечный Путь не занимает особого положения во Вселенной. В любой другой галактике, будь то Андромеда, Водоворот или NGC 474, инопланетные астрономы наблюдали бы точно такую же картину.

Второй важный для понимания факт заключается в том, что изюминки вообще не двигаются. Во всяком случае, относительно теста. Они в нем просто находятся. Безусловно, расстояния между ними увеличиваются. Но не потому, что они движутся, а потому, что тесто расширяется. Аналогично галактики во Вселенной не летят сквозь пространство с громадными скоростями. Верно, расстояния между ними увеличиваются, но только потому, что расширяется само пространство.

Я призывал вас с подозрением относиться к мысленному представлению о расширяющейся Вселенной как о фейерверке. Когда взрывается шутиха, фрагменты светящегося материала разлетаются в пространстве от места своего возникновения и оказываются намного дальше друг от друга, чем были сначала, потому что действительно двигаются. В расширяющейся Вселенной все иначе. Можно сказать, расстояние между Землей и галактикой NGC 474 (в настоящее время около 100 млн св. лет) увеличивается со скоростью порядка 2000 км/с. Но было бы ошибкой утверждать, что NGC 474 несется сквозь космос с этой скоростью. Расстояние до нее растет, потому что пространство между галактикой и нами расширяется.

Примечательно, что здесь аналогия с кексом дает сбой. Изюм не двигается в тесте. Галактики, напротив, совершают реальное перемещение в пространстве. Например, наш Млечный Путь и соседняя галактика Андромеда сближаются со скоростью около 100 км/с – это исключение, обнаруженное Весто Слайфером в далеком 1912 г. Дело в том, что две галактики испытывают взаимное гравитационное притяжение. Они действительно перемещаются в пространстве, чтобы столкнуться через несколько миллиардов лет. (Не переживайте – к тому времени жизнь на Земле уже будет уничтожена разбуханием Солнца, описанным в главе 5.) Поскольку на данный момент расстояние между ними составляет каких-то 2,5 млн св. лет, между Млечным Путем и Андромедой недостаточно расширяющегося пространства, чтобы компенсировать их взаимное сближение. В то же время движение сквозь пространство очень далекой галактики слишком ничтожно, чтобы «перевесить» увеличение расстояния вследствие расширения всего пространства, находящегося между ней и Млечным Путем.

Сравнение с изюмом в кексе несовершенно по еще одной причине. Кексы с изюмом обычно имеют конечные размеры. Напротив, как я вскоре расскажу, Вселенная вполне может оказаться бесконечной. Но это мелочь. По сути, сравнение с кексом великолепно. Главное, чтобы в следующий раз, когда расширяющаяся Вселенная представится вам в виде фейерверка, вы мысленно услышали сигнал тревоги и решительно напомнили себе: «Кекс с изюмом, кекс с изюмом!»

Что можно сказать о красном смещении у галактик? Разве оно не вызвано тем, что галактика улетает от нас? Бесспорно, движение галактики в пространстве вызывает то, что представляется эффектом Доплера. Если она движется от нас, ее световые волны растягиваются до более низких частот, соответственно, с меньшими длинами волны, что приводит к красному смещению. Если она движется к нам (как Андромеда и буквально горстка других маленьких ближних галактик), то демонстрирует слабое голубое смещение. Однако применительно к расширяющемуся пространству лучше забыть о сравнении с машиной скорой помощи.

Представьте световую волну, испущенную далекой галактикой, с определенной частотой и соответствующей длиной. Миллионы или даже миллиарды лет свет путешествовал сквозь пространство по пути к земному телескопу. Если бы мы жили в статичной Вселенной, свет пришел бы на Землю, имея точно такую же длину волны, которую имел изначально. Но Вселенная не статична. Пространство расширяется. Вследствие этого световая волна, движущаяся сквозь пространство, тоже расширяется. Она постепенно растягивается, и длина волны увеличивается – цвет становится более красным.

Чем дольше свет путешествует через расширяющееся пространство, тем сильнее оказывается растянут. Поэтому свет далеких галактик – проведший в пути больше времени – должен демонстрировать большую степень красного смещения, чем свет ближних галактик. Это и обнаружил Хаббл. Фактически астрономы используют красное смещение у галактик для расчета расстояния до них.

Это уже что-то. У нас есть достоверный образ расширения Вселенной (кекс с изюмом) и понимание причины красного смещения у галактик (растяжение световых волн). Пора затронуть тонкий вопрос о расстояниях в космосе.

Как я говорил, космологи используют красное смещение у галактик в качестве показателя удаленности. Прекрасно! Но что конкретно мы подразумеваем под удаленностью галактики? Предположим, галактика испустила свет очень давно, когда находилась в 5 млрд св. лет от Млечного Пути. К тому времени, когда свет наконец достигает Земли, дистанция могла увеличиться до 10 млрд св. лет, поскольку пространство расширяется постоянно.

Возникает проблема. Красное смещение у галактики не дает нам никакой информации ни о первоначальной, ни о нынешней дистанции. Единственное, что мы можем извлечь из красного смещения, – сколько времени свет шел сквозь расширяющееся пространство. Это не 5 и не 10 млрд лет, а какая-то промежуточная величина, возможно около 7 млрд лет.

Что же можно сказать о расстоянии до галактики? Строго говоря, нечто вроде: «Эта галактика настолько удалена, что ее свету, идущему сквозь расширяющееся пространство, потребовалось 7 млрд лет, чтобы достичь нас». Слишком многословно. Поэтому, исключительно ради простоты, большинство астрономов ограничатся следующим: «Эта галактика находится от нас в 7 млрд св. лет». В конце концов, время нахождения в пути света этой галактики – 7 млрд лет – единственное, что можно измерить.

Разумеется, это не точная формулировка. В следующий раз, когда с вами заговорят о галактике, находящейся на расстоянии 11 млрд св. лет, напомните себе, что на самом деле говорящий имеет в виду следующее: свету галактики потребовалось 11 млрд лет, чтобы достичь нас, – это единственное, что мы можем установить точно, измерив красное смещение для этой галактики. В момент, когда этот свет был излучен (11 млрд лет назад), галактика была к нам гораздо ближе – может быть, всего в нескольких миллиардах световых лет. А в данный момент, когда этот свет наконец дошел до Земли, галактика может находиться более чем в 20 млрд св. лет.

Предвижу ваши возражения. Двадцать миллиардов световых лет? Как галактика может быть так далеко, если Вселенной всего 13,8 млрд лет? Разве Эйнштейн не учит нас, что ничто не может двигаться быстрее света? Как в таком случае нечто могло удалиться на расстояние 20 млрд св. лет за время менее 14 млрд лет?

Напоминаю, что расширяющаяся Вселенная не фейерверк. Галактики не несутся сквозь пространство. Дистанции до них увеличиваются, потому что расширяется само пространство. Очень дальняя галактика никогда не двигалась хоть сколько-нибудь быстрее света, хотя расстояния между нами и ею могло увеличиваться более чем на 300 000 км за каждую секунду. Предел космической скорости Эйнштейна не нарушен.

Возможно, это звучит абсурдно, но это правда. Никакая энергия, материя или информация какого угодно типа не перемещаются в пространстве со скоростью, хоть сколько-нибудь превышающей скорость света. Общий принцип относительности никому поблажек не делает. Тем не менее дистанция, разделяющая две удаленные точки в расширяющемся пространстве, может за секунду увеличиваться более чем на 300 000 км.

Означает ли это, что Вселенная расширяется быстрее скорости света? И да и нет. Все зависит от дистанции, которой вы интересуетесь. Как ни странно, у Вселенной нет единой скорости расширения. Расстояние между двумя относительно близкими точками в пространстве может расти на 10 000 км/с, а между двумя очень сильно удаленными друг от друга точками – на 500 000 км/с. Причем без ущерба для теории Эйнштейна.

Насколько известно астрономам, Вселенная может иметь бесконечные размеры. Это трудно себе представить – наш мозг не приспособлен к оперированию понятием бесконечности. Впрочем, представить конечную Вселенную столь же, а возможно, и более тяжело. Если Вселенная имеет ограниченные размеры, у нее должны быть границы. Как выглядит и ощущается граница Вселенной? И что находится за ней?

Попробую объяснить, как Вселенная в принципе может быть конечной, не имея краев. Если это кажется вам парадоксальным, представьте двумерную модель Вселенной, которой мы пользовались в главе 4, – лист миллиметровки. Будучи трехмерными существами, мы можем изогнуть бумагу в поверхность сферической формы. Двигаясь по этой искривленной поверхности, воображаемые плоскоземельники, обитающие в двумерной Вселенной, никогда не достигнут ее края. Тем не менее их мир имеет конечные размеры – если они решат выкрасить его весь в желтый цвет, им не потребуется бесконечное количество краски.

Аналогично наша трехмерная Вселенная теоретически может быть конечной и не иметь четко определенного края, если некто согнул ее в пространстве большей размерности. Если у вас от этого раскалывается голова, не тревожьтесь – все доступные свидетельства предполагают, что наша Вселенная не имеет крупномасштабной, глобальной кривизны. Следовательно, она по-настоящему бесконечна. (Что, вероятно, обеспечит вам новый приступ головной боли.)

Как бесконечная Вселенная могла вырасти из одной-единственной точки?

Никак.

Это еще одно огромное заблуждение – что на момент Большого взрыва все вещество Вселенной было сконцентрировано в единственной точке. Этого не было, во всяком случае при условии бесконечности размеров Вселенной. Около 2 млрд лет назад расширение пространства еще не достигло сегодняшнего уровня. Все расстояния в космосе были в два раза меньше нынешних. Галактики находились ближе друг к другу. Средняя плотность материи во Вселенной была в 8 раз выше (в два раза меньшее расстояние означает в 8 раз меньший объем: ½ × ½ × ½). Но и тогда Вселенная имела бесконечные размеры. Как вы, возможно, помните из старших классов школы, бесконечность, деленная на два, остается бесконечностью.

В намного более давнем прошлом, примерно в то время, когда галактики только начали образовываться, все расстояния составляли 1/10 от нынешних, а плотность Вселенной была в тысячу раз выше (объем составлял 1/1000 сегодняшнего: 1/10 × 1/10 × 1/10). Но бесконечность, деленная на 10, – все равно бесконечность, то есть и тогда Вселенная была бесконечной.

Почти 13,8 млрд лет назад, всего через несколько сот тысяч лет после Большого взрыва, космические расстояния составляли около 1/1000 (десятую долю процента) своих текущих значений. Галактики и звезды еще не образовались. Вселенная была наполнена горячим нейтральным газом, главным образом водородом и гелием. Ее плотность была в миллиард раз выше, чем сейчас (поскольку объем равнялся одной миллиардной современного: 1/1000 × 1/1000 × 1/1000), температура достигала нескольких тысяч градусов Цельсия. Вся Вселенная светилась горячим ослепительным светом, как поверхность Солнца. Но и тогда она должна была иметь бесконечные размеры.

Забираемся в прошлое еще дальше, и как плотность, так и температура Вселенной увеличиваются до экстремальных. Они настолько высоки, что невозможно существование электрически нейтральных атомов и даже протонов или нейтронов (см. главу 5) – только кипящий бульон элементарных частиц и высокоэнергетических протонов.

Что же такое Большой взрыв?

В каком-то смысле это и был Большой взрыв. Говоря о Большом взрыве, космологи обычно имеют в виду это сверхплотное сверхгорячее первоначальное состояние Вселенной. Они могут рассчитать, как выглядела Вселенная в возрасте 10 лет или года, трех минут или доли секунды. Прекрасно! Но у нулевого момента времени их теории рассыпаются. Подлинный источник Вселенной – тайна. Пока тайна.

Можно представить себе эту картину иначе. Давным-давно плотности и температуры были экстремально высоки везде во Вселенной. Абсолютно каждая точка пространства когда-то находилась в сверхплотном и сверхгорячем первоначальном состоянии Вселенной. Если бы мы перенеслись на машине времени на 13,8 млрд лет назад в ту же самую точку пространства, в которой находимся сейчас, то были бы сожжены первичной плазмой – как и в любой другой точке Вселенной. Вы, наверное, уже догадались, к чему я веду: Большой взрыв произошел везде.

Итак, мы имеем галактики, разнесенные на большие дистанции, как изюминки в тесте, световые волны, растянувшиеся за миллиард лет пути через расширяющееся пространство, Вселенную, возможно всегда имеющую бесконечные размеры, и Большой взрыв, произошедший везде. Мне остается рассказать о послесвечении творения, важном для нашего знакомства с волнами Эйнштейна.

Прежде, однако, я должен объяснить, что такое космический горизонт. Космический горизонт определяет, насколько глубоко во Вселенную мы можем заглянуть.

Было бы наивностью считать, что астрономы могут смотреть на любое желаемое расстояние – дайте им телескоп побольше, и они смогут наблюдать более далекие галактики. Это рассуждение не учитывает ограниченности скорости света – и ограниченного возраста Вселенной.

Какое отношение скорость света (300 000 км/с) имеет к нашей возможности заглядывать в глубины космоса? Определяющее. Дело в том, что смотреть далеко в пространство означает также смотреть далеко в прошлое.

Ясной летней ночью вы можете увидеть яркую звезду Денеб в созвездии Лебедя – огромная сияющая звезда легко различима невооруженным глазом, несмотря на дистанцию около 2600 св. лет. Эта означает, что свету Денеба требуется 2600 лет, чтобы дойти до Земли. Иными словами, свет, который мы видим сегодня, был излучен 2600 лет назад, примерно в то время, когда родился древнегреческий философ Фалес Милетский. Мы видим эту звезду не такой, какова она сейчас, а какой она была больше двух с половиной тысячелетий назад. Мы смотрим в прошлое.

(Если вам интересно – да, это означает, что звезды Денеб, возможно, уже не существует. Если она взорвалась в 400 г., свет взрыва дойдет до нас не раньше, чем через тысячу лет от настоящего момента.)

Теперь обратимся к галактике NGC 474, с которой уже познакомились. Расстояние до нее – порядка 100 млн св. лет. Свет, который мы принимаем сегодня, был излучен, когда по Земле еще бродили динозавры. Наблюдая NGC 474, астрономы заглядывают в прошлое на 100 млн лет. Неудивительно, что телескопы иногда называют машинами времени!

Возможность видеть прошлое имеет то преимущество, что позволяет космологам изучать эволюцию Вселенной. Хотите знать, как Вселенная выглядела около 8 млрд лет назад? Нацельте телескоп на галактики, удаленные на 8 млрд св. лет (или, точнее, на галактики, удаленные настолько, что их свет, двигаясь через расширяющееся пространство, затрачивает 8 млрд лет на путь до нас). 10 млрд лет назад? Загляните еще дальше.

Есть и недостаток – фундаментальный предел нашей способности заглянуть в космос. Если наша Вселенная родилась 13,8 млрд лет назад, то это максимальное время, которое свет мог провести в пути. Мы просто не способны увидеть прошлое, отдаленное от нас хоть сколько-нибудь более чем на 13,8 млрд св. лет. Вселенная может быть бесконечной, но мы имеем возможность наблюдать лишь относительно малую ее часть – сферическую область радиусом 13,8 млрд св. лет с центром в Млечном Пути. Эту область мы называем наблюдаемой Вселенной. Поверхность этой сферы – наш космический горизонт.

В этой связи важно отметить несколько моментов. Во-первых, вы, вероятно, заметили, что я решил придерживаться неточной, с научной точки зрения, традиции превращать время движения света в расстояние. В действительности истинный нынешний радиус нашего космического горизонта составляет порядка 42 млрд св. лет. Но соотносить дистанцию и взгляд в прошлое один к одному очень удобно.

Во-вторых – и это очень важно, – космический горизонт есть фундаментальный предел наших возможностей наблюдения. Никакой телескоп, сколь угодно большой и мощный, не покажет, что находится дальше. Это просто невозможно.

В-третьих, чем старше становится Вселенная, тем больше наблюдаемая Вселенная. Каждый год ее радиус увеличивается на еще один световой год. К сожалению, рост наблюдаемой Вселенной не компенсирует расширения пространства, скорость которого увеличивается (читайте об этом в главе 16).

В-четвертых, любое местоположение во Вселенной имеет собственный космический горизонт. Представьте корабль в океане. У каждого корабля свой горизонт, центром которого он является и за пределы которого моряки этого корабля заглянуть не могут. Аналогично каждый наблюдатель во Вселенной находится в центре маленькой персональной наблюдаемой Вселенной.

В-пятых, космический горизонт не физический объект. Инопланетный наблюдатель, находящийся точно на нашем горизонте, ничего интересного не увидит. Его непосредственное окружение будет выглядеть так же, как наше: стареющие звезды, зрелые галактики. В конце концов, он живет в той же самой Вселенной возрастом 13,8 млрд лет, что и мы. Но и мы будем находиться на его горизонте. Вглядываясь в безбрежное пространство в нашем направлении, наш инопланетный друг будет смотреть на 13,8 млрд лет в прошлое, на эпоху задолго до рождения нашей галактики Млечный Путь, не говоря уже о Солнце и Земле.

Наконец, мы подходим к рассказу о послесвечении творения. Этот термин, предложенный или, по крайней мере, популяризированный британским астрономом и писателем Маркусом Чауном, обозначает то, что наблюдатель видит на самом краю персональной наблюдаемой Вселенной, – бледный отсвет чудовищного Большого взрыва.

Чем глубже вы смотрите в пространстве, тем дальше в прошлое – во времени. На космическом горизонте – на краю наблюдаемой Вселенной – это ретроспективное время составляет 13,8 млрд лет. Любое излучение, принимаемое нами с этого дальнего края, было испущено 13,8 млрд лет назад, сразу же после рождения Вселенной. Оно позволяет нам увидеть, как выглядела Вселенная в то время.

Первые несколько сотен тысяч лет существования Вселенная была заполнена бушующей плазмой, настолько плотной и горячей, что свет не мог сквозь нее проникнуть. Но когда Вселенная достигла возраста 380 000 лет, плотность и температура уменьшились настолько, что смогли образоваться электрически нейтральные атомы. Впервые фотоны (Эйнштейновы «частицы света») смогли беспрепятственно двигаться в пространстве. Вселенная стала прозрачной.

Как я уже говорил, в те времена вся Вселенная была горячей и ослепительно яркой, как поверхность Солнца. Следовательно, посмотрев на тот период прошлого, на космический горизонт, мы должны увидеть свечение Большого взрыва, куда бы ни направили взгляд. И мы его видим! Правда, это первичное излучение находилось в пути 13,8 млрд лет (минус 380 000 лет, которыми можно пренебречь) и стало исчезающе слабым. Более того, излучение двигалось в непрерывно расширяющейся Вселенной. Вследствие этого длина его волны растянулась примерно в 1000 раз и ослепительное сияние в диапазоне видимого света превратилось в почти не воспринимаемый свист радиочастот. Этот свист принято называть космическим микроволновым фоновым излучением или реликтовым излучением. Но в поэтическом настроении я предпочитаю называть его послесвечением творения.

Реликтовое излучение было открыто в 1964 г., более полувека назад. С тех пор его изучают все более подробно, о чем мы узнаем из главы 10. Это неудивительно: реликтовое излучение – самый старый сигнал, который могут наблюдать астрономы. Подобраться ближе к моменту рождения Вселенной мы не в силах.

Некоторым людям трудно осознать, что послесвечение творения можно непрерывно изучать десятилетиями. В сущности, наблюдать его могли бы неандертальцы и даже динозавры, имей они достаточно чувствительные инструменты. Наши отдаленные потомки, возможно, будут исследовать его через миллион лет. Но разве рождение Вселенной не было неуловимо кратким событием? Разве излучение той эпохи уже не должно было просто промчаться мимо? Как нам удается до сих пор наблюдать послесвечение?

Объяснение также связано с конечностью скорости света. Поставим очередной мысленный эксперимент. Представьте, что находитесь на большой городской площади в многотысячной толпе. Площадь буквально запружена народом. Всем приказано синхронизировать часы до секунды и крикнуть «Ха!» ровно в полдень. Одна деталь: городская площадь находится на планете, где скорость звука составляет не привычные нам 330 м/с, а всего 1 м/с.

Что происходит в полдень? Вы во всю мощь легких кричите «Ха!». Созданный вами звук распространяется во все стороны. Через одну секунду вы уже не можете слышать собственный выкрик, но в 12:00:01 слышите дружное «Ха!» окружающих, находящихся от вас на расстоянии 1 м, – звуку, который они произвели в полдень, потребовалась одна секунда, чтобы дойти до вас. В 12:00:02 вы по-прежнему слышите «Ха!» – от людей на дистанции 2 м. Даже через минуту после полудня крик достигает ваших ушей – его издали люди в 60 м от вас.

Самое смешное, что никто уже не кричит. Все, кто был на площади, издали один короткий выкрик ровно в полдень. Но вы продолжаете слышать выкрики, доносящиеся со все большей дистанции. Если площадь по-настоящему велика, вы будете слышать «Ха!» долгие часы – как и любой человек на площади. Некто в 300 м от вас услышит ваше «Ха!» в 12:05. И так далее.

Городская площадь – это Вселенная. Коллективное «Ха!» в полдень – относительно короткий выброс реликтового излучения вскоре после Большого взрыва. Реликтовое излучение, испущенное 13,8 млрд лет назад в нашей точке пространства – прямо там, где вы сейчас находитесь, давным-давно рассеялось во Вселенной. Но мы до сих пор получаем слабые сигналы из все более дальних точек пространства. (Если вы хотите усовершенствовать аналогию, замените мостовую городской площади резиновым полотнищем, которое кто-то растягивает за края, – это и будет расширяющаяся Вселенная!)

Космология – активно развивающаяся область науки, полная тайн и поразительных открытий. Возможно, мы никогда в полной мере не поймем, как все началось, но мы уже оставили далеко позади «В начале было ничто, и оно взорвалось» Терри Пратчетта. Может быть, регистрация первичных гравитационных волн, возникших в момент Большого взрыва, позволит нам увидеть рождение Вселенной в новом свете. Теперь отправимся к географическому Южному полюсу, чтобы узнать, насколько близок долгожданный прорыв.