Тринадцать вещей, в которых нет ни малейшего смысла

Фотоны, принесшие его Джону Веббу, преодолели 12 миллиардов световых лет космоса, пока не добрались до гавайской обсерватории Кека на вершине горы Мауна-Кеа. Но самый большой интерес, как выяснилось, представляет не свет, попавший в линзы телескопа, а тот, что потерялся в пути. Так же, как Весто Слайфер в обсерватории Лоуэлла восемьюдесятью годами ранее, Вебб со своей группой составлял хроматические спектрограммы. Но в его «радуге» на месте некоторых цветов зияли пустые промежутки. Само по себе это не столь примечательно: следует ожидать, что в своем бесконечно долгом путешествии свет встретит те или иные препятствия — как правило, газовые облака, — которые поглощают волны строго определенной длины. Этот эффект и придает спектру такой вид, будто посреди оранжевой стены в вашей спальне декоратор оставил пару вертикальных пробелов.

Главной неожиданностью для Вебба оказалось то, что разрывы были «не на своих местах». Любой атом, будь он в межзвездном газовом облаке или на подошве ботинка, поглощает свет на строго определенных резонансных частотах. Для каждого вида атомов эти частоты индивидуальны, как отпечатки пальцев у людей. Таким образом, проанализировав спектр поглощения — то есть выяснив, что в нем есть и чего не хватает, — легко понять, с какими химическими элементами столкнулись фотоны на своем пути.

«Дактилоскопия» в спектрограмме Вебба соответствовала двум типам поглощения: можно было с уверенностью сказать, что свет квазара прошел через газовые облака, насыщенные магнием и железом. Но здесь обнаружилась проблема. В точности соответствуя известным распределениям, пустые промежутки в спектрограмме в то же время были слегка смещены, словно кто-то смазал всю картину. Одни спектральные линии сползли немного влево, другие — столь же незначительно вправо.

Озадаченный Вебб перепроверил расчеты. Тут-то и выяснилось: искажения спектра сразу приобретают смысл, если ввести одну небольшую поправку. А именно допустить, что во времена, когда свет пробивался сквозь облака металлических атомов, величина альфы несколько отличалась от своего нынешнего значения.

Умозаключение вполне логичное, но выйти с ним на публику было не так-то просто. Вебб тут же подвергся атаке; как он деликатно выражается, «люди усомнились в его здравомыслии», услышав, что мировая физическая константа могла измениться за длительный срок. Тем более такая фундаментальная, как альфа.

Альфа описывает процесс, происходящий всякий раз, когда световое излучение встречается с той или иной элементарной частицей. Взгляните на стену перед собой. Каков бы ни был ее цвет, вы его видите благодаря альфе — силе электромагнитного взаимодействия. Фотон сталкивается с атомом краски. Тот поглощает его энергию и использует ее, чтобы послать фотон, который попадет на сетчатку вашего глаза. Энергия этого фотона определяет длину его волны, а тем самым — видимый цвет. Если стена воспринимается как оранжевая, значит, у отраженных от нее фотонов энергия одной величины; если цвет сиреневый — величина другая, несколько выше (при этом речь идет об эквивалентах энергии, содержащейся в миллиардной части миллиардной доли изюминки). Это чистая эмпирика, а можно вычислить цветовые характеристики определенного красителя теоретическим путем, обратившись к альфе и квантовой структуре элементарных частиц краски.

На первый взгляд альфа — всего лишь число. Значение его примерно равно 0,0 072 974, или 1/137, если вы предпочитаете простые дроби. Вывести эту величину достаточно просто (правда, смотря какими единицами измерения пользоваться). Возводим в квадрат заряд электрона, затем делим на число, известное как постоянная Планка. Эта фундаментальная константа квантовой физики, обозначаемая символом h, описывает отношение энергии фотона к длине его волны (цвету лучей). Полученное частное делим на скорость света и умножаем на 2π. Результат и есть альфа.

Загвоздка в том, что альфа — не пособие по оформлению интерьеров, а теоретический фундамент всех наших знаний о мире, начиная… в общем, от нее самой и до омеги. Эта константа описывает, в частности, сколько энергии содержится в «пустоте» и как расширялась новорожденная Вселенная. В первые, условно говоря, три минуты после взрыва альфа включилась в игру, установив электромагнитные взаимодействия между новорожденными протонами; это определило, какие виды фотонов заполнят вакуум.

Когда начали формироваться первые звезды, водородные атомы в них стали сливаться, и ядра сплавила воедино огромная сила тяжести; именно альфа задала мощность световой и тепловой эмиссии. А поскольку эти излучения — единственное свидетельство о первых днях Вселенной, то почти все, что нам известно об истории космоса, поведала альфа. Пускай в ее формулу входят всего только скорость света, некая довольно скучная величина из квантовой физики, число «пи» и заряд электрона, на деле альфа участвует практически во всем, что происходит во Вселенной. Главная же загвоздка в том, что ее величина, вполне может статься, некогда отличалась от ныне установленной.