Астрофизика начинающим: как понять Вселенную

Эти космические монстры образуются, когда невероятно плотные звезды коллапсируют – обрушиваются внутрь себя под действием собственного тяготения. Гравитация как бы всасывает все вещество звезды в ее центр, оставляя в пространстве дыру на том месте, где только что сияла звезда. Вокруг черных дыр действует настолько огромная сила притяжения, что даже свет не может их покинуть. Если бы на улице действительно появилась такая космическая воронка, ее жертвой стали бы не только вы. В этот водоворот могла бы провалиться и бесследно исчезнуть вся планета.

Но как ни могучи черные дыры, и они подчиняются законам природы.

Не только физические законы применимы повсюду во Вселенной. Эти законы включают в себя числа, называемые постоянными, или константами, которые помогают ученым количественно оценить результат действия того или иного закона. Гравитационная постоянная, так называемое G большое, позволяет вычислить силу тяготения в том или ином конкретном случае. Например, зная G большое, мы можем оценить силу тяжести на поверхности Марса.

Однако самая известная постоянная – это скорость света. Астронавтам миссии «Аполлон» понадобилось около трех дней, чтобы долететь до Луны. Если бы они двигались со световой скоростью, на то, чтобы покрыть двести сорок тысяч миль, им бы хватило чуть больше секунды. Почему же они так не сделали? Потому что это невозможно.

Ни один эксперимент пока не выявил какого-либо объекта любой природы, который двигался бы со скоростью света.

С какой бы скоростью мы бы ни перемещались, мы никогда не сможем обогнать луч света.

Человечество постоянно делает то, что поначалу выглядит невозможным. Не надо недооценивать наших инженеров и изобретателей. Когда-то люди говорили, что никогда не смогут летать. Они были убеждены, что никогда не сумеют достичь Луны или расщепить атом. Но все это теперь стало реальностью. И все же в каждом из этих случаев на пути человека не стояли незыблемые законы физики.

Добраться до Луны было трудно, но не принципиально невозможно.

Заявление «Мы никогда не сумеем обогнать луч света» – предсказание совершенно иной природы. Оно проистекает из основных, проверенных временем физических принципов. Вселенную можно представить себе уставленной знаками ограничения скорости, на которых написано:

Не превышать скорость света: это не просто хорошая идея. Это закон.

Инопланетяне, какими бы разумными и совершенными они ни были, тоже не смогут обогнать свет. И они, вероятно, знают о существовании мировых констант. Все наши научные исследования, измерения и наблюдения космоса показывают, что главные мировые постоянные, от G большого до скорости света, физические законы, которые с этими постоянными связаны, не изменяются со временем или местоположением.

Может быть, я выгляжу немного слишком самоуверенно. Ученые не знают всего. Даже приблизительно. И мы не во всем согласны друг с другом. Мы яростно спорим и ссоримся, как дети. Но, когда мы спорим, наши доводы обычно сосредоточены на концепциях и космических явлениях, которых мы почти не понимаем.

А вот когда речь заходит об универсальных физических законах, можно быть уверенными, что спор будет коротким.

Правда, так думают не все.

Несколько лет назад я собирался выпить горячего какао в кондитерской в Пасадене, в штате Калифорния. Конечно, я заказал его со взбитыми сливками. Но, когда мой какао принесли, я не заметил никаких следов сливок. Я сказал официанту, что мне в какао не положили сливок, но он объяснил, что я просто их не вижу, потому что они опустились на дно чашки.

Но у взбитых сливок маленькая плотность. Они плавают на поверхности любой жидкости, которую мы пьем, в том числе и на поверхности горячего шоколада. И где бы во Вселенной вы ни находились, субстанции малой плотности будут плавать на поверхности жидкостей большей плотности. Это универсальный закон.

Поэтому я предложил официанту два возможных объяснения того, что случилось: либо кто-то все-таки забыл добавить взбитых сливок в мой горячий какао, либо в этом ресторане универсальные законы физики не такие, как в остальном мире. Но мои объяснения его не убедили. Он принес порцию взбитых сливок, чтобы продемонстрировать свою правоту. Окунувшись пару раз в какао, взбитые сливки спокойно закачались на его поверхности.

Какие еще доказательства универсальности физических законов вам нужны?

3 Да будет свет

Однажды я повстречал Супермена. Это случилось на страницах комикса, но он был совсем как настоящий. Комикс назывался «Звездное сияние, яркая звезда», и Человек из стали ненадолго прервал свою битву со вторгшейся на Марс ордой пришельцев. Поручив продолжать сражение своим друзьям из Лиги Справедливости, он прилетел домой, на Землю, только потому, что ему захотелось увидеть одну звезду.

Вот таким, по мне, и должен быть настоящий герой.