Дао физики

Совокупности вращающихся, расширяющихся, сжимающихся и взрывающихся звезд образуют галактики различной формы — плоские диски, сферы, спирали и так далее, которые тоже, в свою очередь, не бывают в неподвижности. Млечный Путь, наша галактика, представляет собой огромный диск, состоящий из звезд и газообразных скопление веществ, вращающихся в пространстве, подобно гигантскому колесу. При этом все входящие в галактику звезды описывают вокруг ее центра окружности разного диаметра. Вселенная состоит из колоссального множества беспорядочно движущихся галактик, рассеянных в бескрайнем пространстве.

Изучая Вселенную как единое космическое целое, мы достигаем наивысшего уровня пространства-времени и с удивлением обнаруживаем, что даже здесь вещество не утрачивает своего непреодолимого стремления к движению и изменчивости: мы сталкиваемся с явлениями расширения Вселенной! Это явление было одним из последних открытий современной астрономии. Тщательное изучение данных позволило ученым обнаружить, что совокупность галактик постоянно расширяется, причем скорость удаления галактик от наблюдателя прямо пропорциональна разделяющему их расстоянию: при двукратном увеличении расстояния скорость тоже возрастает в два раза. Это утверждение верно не только для нашей галактики, но и для всех остальных. В какой бы галактике мы ни оказались, остальные — соседние — будут удаляться от нас с большей скоростью, а скорость движения самых дальних галактик приблизится к скорости света. Свет, исходящий от еще более удаленных галактик, просто не мог бы дойти до нас быстрее скорости света. Говоря словами сэра Артура Эддингтона, их свет был бы похож «на бегуна, бегущего по дорожке стадиона, которая постоянно растет, так что финишная черта удаляется от него быстрее, чем может бежать он сам».

Для того, чтобы лучше выяснить, что именно понимается под расширением Вселенной, нужно не забывать о том, что явления макромира рассматриваются в общем контексте общей теории относительности Эйнштейна. Согласно последней, пространство является не «плоским», а «искривленным», причем характер искривления зависит от распределения вещества во Вселенной. Эту зависимость описывают выведенные Эйнштейном уравнения поля. Эти уравнения, положенные в основу современной космологии, характеризуют общую структуру Вселенной.

Говоря о расширяющейся Вселенной в контексте общей теории относительности, мы имеем в виду расширение в плане более высокого измерения. Эта фраза приобретает более ясный смысл, если мы обратимся к аналогии из двух измерений, как мы делали в случае понятия искривленного пространства. Представим себе воздушный шарик, поверхность которого усеяна множеством точек. Шарик изображает Вселенную, его двухмерная искривленная поверхность изображает двухмерное пространство, а точки на его поверхности — галактики, содержащиеся во Вселенной. Когда мы надуваем шарик, расстояния между всеми точками увеличиваются. Если при этом мы представим, что находимся на одной из них, все остальные точки будут удаляться от нас. Расширение Вселенной очень похоже на приведенный нами пример: в какой галактике ни оказывался бы наблюдатель, все остальные галактики будут удаляться от него (см. рис. 28).

Возникает вполне естественный вопрос о том, как началось это расширение. Приняв в расчет зависимость между удаленностью той или иной галактики и теперешней скорости ее удаления от нас (эта зависимость известна под названием закона Хаббла), можно вычислить, в какой момент началось расширение Вселенной или, иными словами, ее возраст. Если мы предположим, что скорость расширения не изменялась, что, впрочем далеко не очевидно, то получим цифру 10.000 миллионов лет. Итак, мы узнали возраст Вселенной. Большинство современных ученых-космологов считают, что наша Вселенная произошла в результате взрыва первичного сгустка вещества, происшедшего более 10.000 миллионов лет тому назад. Зафиксированное в наши дни расширение Вселенной представляет собой «отголосок» этого далекого взрыва. Согласно теории «большого взрыва», последний привел к возникновению Вселенной и появлению пространства и времени. При попытке представить себе, что могло предшествовать этому моменту, мы снова попадаем в затруднительное положение из-за особенностей нашего мышления и языка. По словам сэра Бернарда Ловелла, «Здесь перед нами вырастает непреодолимый психологический барьер, связанный с тем, что мы не знаем, как воспринимать понятия пространства и времени на этом этапе, когда они еще не существовали в нашем традиционном понимании. У меня при этом появляется такое ощущение, как будто я внезапно попал в густой туман, в котором предметы теряют свои привычные очертания» [51,93].