Всего шесть чисел. Главные силы, формирующие Вселенную

Вся эта замысловатая многогранность развилась из скучного аморфного огненного шара, и это может показаться нарушением «священного» физического принципа – второго закона термодинамики. Этот закон описывает непоколебимое стремление к единообразию и отход от схем и структур: если что-то является горячим, то оно стремится остыть; если что-то является холодным, оно нагревается. Чернила и воду легко смешать, в то время как обратный процесс – возможность взбалтывать мутную жидкость до того, чтобы краска собралась в темную каплю, – поразил бы нас. Упорядоченные структуры смешиваются и теряют порядок, но не наоборот. Используя термины физики, мы сказали бы, что энтропия не уменьшается. Ее заметное понижение в каком-то отдельном месте всегда уравновешивается увеличением энтропии в других местах. Классический пример этого принципа – паровой двигатель, где упорядоченное движение поршня всегда сопровождается потерей тепла.

Тем не менее когда мы рассматриваем действие тяготения, нам следует пойти вопреки интуиции. Звезды, например, удерживают форму благодаря направленной к их центру силе притяжения. Эта сила уравновешивается давлением раскаленных внутренних слоев, направленным наружу. Каким бы странным это ни казалось, но звезды нагреваются, когда теряют энергию. Представьте, что топливо, которое находится в центре Солнца, погаснет. Его поверхность будет продолжать сиять, потому что тепло распространяется от ядра, которое остается еще более горячим. Если процесс ядерного синтеза не будет поддерживать это тепло, Солнце начнет постепенно сжиматься, в то время как энергия станет вытекать наружу (это будет продолжаться примерно 10 млн лет, как и полагал лорд Кельвин в XIX в.). Но такое сжатие на самом деле сделает ядро еще горячее, чем раньше: тяготение на коротких расстояниях действует сильнее. Поэтому температура в центре будет подниматься для обеспечения достаточного давления, чтобы уравновесить бо́льшую силу, давящую снаружи. Нечто подобное происходит, когда искусственный спутник постепенно опускается по спирали на более низкую орбиту, испытывая сопротивление атмосферы: он нагревается, но только половина энергии, высвобожденной благодаря тяготению, переходит в тепло. Другая половина идет на ускорение спутника, потому что чем орбита ниже, тем быстрее он движется.

Поэтому мы не должны удивляться тому, что новые звезды формируются внутри беспорядочных облаков холодного, пыльного газа. Районы с наибольшей плотностью стягиваются благодаря собственному тяготению, настолько сжимаясь, что вспыхивают, как звезды. К примеру, именно это происходит в облаках в Орионе или в Туманности Орел. Соотношение больших и маленьких звезд, возникших в результате этого процесса, все еще трудно вычислить даже с помощью самых мощных компьютеров. (Именно поэтому мы не уверены в том, сколько в нашей Галактике коричневых карликов, которые могут вносить вклад в темную материю.) Однако в формировании звезд нет никакой тайны: как только тяготение берет власть в системе, происходит неизбежное сжатие.

ОТ БОЛЬШОГО ВЗРЫВА К ГАЛАКТИКАМ

Облака газа внутри нашей Галактики (и внутри других галактик) настолько перемешаны и переработаны, что не сохранили никакой памяти о своем происхождении. Таким образом, формирование звезд совершенно не зависит от общей эволюции космоса. Но развитие самих галактик более замысловато, чем соответствующий процесс у звезд. Происхождение галактик связано с ранними эпохами развития Вселенной. Они приобрели форму благодаря своей «наследственности», а не только благодаря среде.

Если бы наша Вселенная с самого начала была полностью однородным и сглаженным образованием, то оставалась бы такой и во время расширения. После 10 млрд лет она состояла бы из рассеянной темной материи, а водород и гелий были бы так разрежены, что приходилось бы меньше одного атома на 1 м³. Это было бы холодное и скучное место: никаких галактик, а следовательно – и никаких звезд, никакой периодической таблицы, никаких сложных структур и, разумеется, никаких людей. Но даже очень незначительные неоднородности на первоначальном этапе имеют большое значение, потому что в процессе расширения плотность контрастирует с увеличением размеров. Любой клочок, который имеет плотность хотя бы чуть выше средней, замедляется сильнее, потому что испытывает на себе бо́льшую силу тяготения; его расширение запаздывает все больше и больше по сравнению со средним значением. (По аналогии, если мы подбросим два мяча с чуть-чуть разными скоростями, их траектории вначале могут отличаться совсем незаметно. Более медленный мяч тем не менее полностью остановится и уже начнет падать, когда более быстрый мяч все еще будет двигаться вверх.) Тяготение усиливает самые крохотные неравномерности в практически однообразном огненном шаре, усугубляет противопоставление плотностей, пока более плотные районы не перестают расширяться и не начинают конденсироваться в структуры, которые удерживает притяжение.