Физика времени

К этому вопросу мы еще вернемся в главе 13, где речь пойдет о квантовом подходе к космологической сингулярности. Скажем заранее, что он обещает ликвидировать бесконечность в значении космической плотности.

Нуль времени

Обратимся к основному вопросу этой главы — что считать возрастом Вселенной. В современной физике под этим понимается время, истекшее после космологической сингулярности. С сингулярности начинается история нашей Вселенной. Это для нее естественный нуль времени.

Но это не начало всего мира. Если стоять на точке зрения множественности вселенных, это только первое событие в жизни одной из многих (или даже бесчисленных) областей мира. Да и само космологическое расширение с этой точки зрения — всего лишь эпизод в общем потоке мировых событий. Но для нас это самое грандиозное из доступных наблюдению явлений природы.

Сколько же времени прошло от космологической сингулярности до современной эпохи? После того что мы уже знаем о космологическом расширении, ответить на этот вопрос не так уж трудно.

В предыдущей главе мы видели, что галактикам требуется примерно 20 миллиардов лет, чтобы увеличить вдвое расстояния, которые их сейчас разделяют. А сколько времени потребовалось для того, чтобы они достигли сегодняшних расстояний? Можно рассуждать так. Если известно расстояние между двумя данными галактиками и скорость удаления одной из них от другой, то время, затраченное на то, чтобы пройти это расстояние, найдется делением расстояния на скорость. Вспомним снова закон Хаббла: скорость удаления есть постоянная Хаббла, умноженная на расстояние. Отсюда отношение расстояния к скорости получается равным обратной величине постоянной Хаббла. То есть мы снова получили 20 миллиардов лет. Это и не удивительно, так как и прежде, и сейчас мы проделывали по сути одно и то же арифметическое действие.

Стоит, может быть, заметить, что наша оценка времени — и здесь, и в главе 10 — должна считаться, строго говоря, лишь приближенной, ориентировочной. Действительно, мы находили время движения простым делением пути на скорость. Но это законно только тогда, когда движение происходит с постоянной скоростью. Мы же знаем, что во Вселенной действует тяготение, стремящееся затормозить расширение, уменьшить скорости галактик. В прошлом скорости их разбегания были больше, чем сейчас. Поэтому на прохождение данного пути каждой галактике потребовалось несколько меньше времени, чем по нашей простой оценке.

Теория Фридмана, учитывающая все особенности динамики, позволяет сделать точный расчет времени, протекшего от сингулярности. Но результат не слишком сильно отличается от нашей оценки — время сокращается не более чем на одну треть. Скорее всего, оно заключено в пределах от 15 до 18 миллиардов лет.

Остающаяся небольшая неопределенность связана с тем, что в теории Фридмана для вычисления возраста Вселенной требуется не только лишь значение постоянной Хаббла. Результат вычисления зависит еще и от космической плотности вещества в современную эпоху. А она известна сейчас не слишком точно (мы еще обратимся к этой величине немного позднее).

Часы Вселенной

Но вот вопрос, который мы должны были, наверное, давно уже поставить. В какой системе отсчета измеряется время расширения, возраст Вселенной? Теория относительности учит нас, что промежуток времени между двумя событиями зависит от того, в какой системе отсчета находятся часы, по которым мы его измеряем. Если производить измерения двумя часами, движущимися друг относительно друга, то результаты будут различны.

Когда мы говорим о разбегании галактик, мы, очевидно, связываем свою точку зрения с Землей, с Солнечной системой, с нашей Галактикой. Мы наблюдаем динамику Вселенной из нашей Галактики и с помощью наших приборов измеряем их скорости и расстояния до них. Сопоставляя скорости и расстояния (связанные законом Хаббла), находим по их измеренным значениям искомое время. Отсюда ясно, что в качестве системы отсчета нам служит Галактика.

Но Галактика — лишь одна из многочисленных «частичек» вещества Вселенной, участвующих в ее общей динамике. Все эти «частички» равноправны между собой в силу однородности Метагалактики. Раз так, время расширения, измеренное по часам нашей Галактики, совпадает с временем, измеренным по часам любой другой галактики.

Время расширения, возраст Вселенной относятся ко всей Метагалактике в целом и, по сути дела, сама однородная Метагалактика служит системой отсчета, в которой это время измеряется. Мысленно можно представить себе часы, расположенные на всех галактиках, и все они идут «в ногу», отсчитывая общее время Вселенной.

Об этом стоит, пожалуй, сказать немного подробнее и точнее.