Астрофизика начинающим: как понять Вселенную

Он не позволяет сотням миллиардов звезд галактики Млечного Пути разлететься по всему космосу.

Но тяготение – не единственная сила, чье действие простирается так далеко.

Со времен Ньютона ученые открыли много новых физических законов, которые повсюду действуют одинаково. Эта универсальность физических законов помогла ученым сделать фантастические открытия. Мы можем изучать далекие звезды и планеты и считать, что на них природа следует тем же законам.

Сэр Исаак Ньютон понял, что тяготение не только срывает яблоки с деревьев. Оно удерживает и Луну на орбите вокруг Земли.

Уже после Ньютона астрономы XIX века, основываясь на этой идее, заключили, что Солнце состоит из тех же элементов, которые они уже изучили на Земле: водорода, углерода, кислорода, азота, кальция, железа. Они даже нашли в солнечном свете следы нового элемента и дали ему имя гелий, от греческого «Гелиос» – Солнце. Гелий стал первым и единственным членом большой коллекции элементов – периодической системы, – который был обнаружен вне Земли. Много лет спустя детские дни рождения навсегда изменились, когда дети обнаружили, что могут втягивать в себя газ из накачанных гелием шариков и делать свои голоса писклявыми, как в мультиках.

Ну, хорошо, предположим, физические законы действуют в Солнечной системе – но будут ли они работать по всей Галактике?

А во всей Вселенной?

И были ли они теми же миллион или даже несколько миллиардов лет назад?

Шаг за шагом законы природы подвергались проверке.

Как видно из этого рисунка, когда гравитация притягивает близко друг к другу две массивных звезды, в результате может произойти взрыв.

Астрономы обнаружили, что окрестные звезды тоже состоят из уже знакомых нам строительных «блоков», таких как водород и углерод. Позже, изучая двойные звезды или звездные пары, в которых звезды кружат друг вокруг друга, как не решающиеся атаковать боксеры на ринге, астрономы снова обнаружили, что это происходит под влиянием гравитации. Тот же универсальный закон, что срывал с дерева ньютоновские яблоки и не дает пятиклассникам забрасывать сверху мячи в баскетбольную корзину, связывает эти звезды друг с другом и позволяет ученым предсказывать их движение.

Итак, законы природы работают и здесь, и вдалеке от нас. Но откуда мы знаем, что они выполнялись всегда? Действовали ли те же универсальные законы миллионы лет назад?

Да. Мы знаем это потому, что астрофизики могут заглянуть в прошлое.

Прежде чем достичь наших телескопов, свет от Марса некоторое время путешествует в пространстве, а потому на деле мы видим эту планету такой, какой она была на несколько минут раньше.

Когда вы глядите на Марс в телескоп, вы видите на Красной Планете не совсем то, что происходит на ней в это мгновение. Расстояние между Землей и Марсом меняется, но допустим, что оно составляет сто сорок миллионов миль. Это значит, что свету приходится преодолеть сто сорок миллионов миль, чтобы добраться до нас, а такое путешествие световой луч проделывает примерно за двенадцать минут. И, так как свету понадобилось двенадцать минут, чтобы достичь вашего телескопа, в действительности вы видите Марс таким, каким он был двенадцать минут назад. У астрофизиков есть гораздо более мощные телескопы, при помощи которых мы можем изучать гораздо более далекие объекты, и чем дальше мы заглядываем в пространство, тем дальше мы видим в прошлое.

Я знаю, что вы сейчас думаете. «Да ладно!».

Что ж, это нормальная реакция.

Но подумайте: мы оцениваем расстояние до далеких звезд и галактик в световых годах. Это время, которое требуется световому лучу, чтобы долететь от данного объекта до наших телескопов. То есть когда мы изучаем галактику, расположенную в пяти миллиардах световых лет от нас, это значит, что свету понадобилось пять миллиардов лет, чтобы добраться от нее до нас.

Другими словами, мы видим эту галактику такой, какой она была пять миллиардов лет назад.

Да, мы буквально путешествуем в прошлое и видим, что самые далекие объекты во Вселенной миллиарды лет назад подчинялись тем же законам, которые действуют в нашем мире сегодня. Во всем космосе универсальные законы остаются незыблемыми с самого начала мира.

Конечно, то, что физические законы универсальны, не означает, что все, что происходит в космосе, случается и здесь, на Земле. То, что законы повсюду одни и те же, не значит, что повсюду возможно все. Например, я могу поспорить, что вы никогда не столкнетесь на улице с черной дырой.