Глава 3
Большой взрыв
Вселенная не просто удивительнее, чем мы предполагаем; она еще удивительнее, чем мы можем предположить.
Дж. Б. С. Холдейн
Что мы, люди, ищем в истории создания, так это способ познания мира, который откроет нам нечто, выходящее за пределы опыта, что дает нам знания и одновременно формирует нас в своих пределах. Вот что нужно людям. Вот чего просит душа.
Дж. Кэмпбелл
Обложка журнала Time от 6 марта 1995 года с изображением большой спиральной галактики M100 гласила: «Космология в хаосе». Космология погрузилась в смятение, потому что последние данные, полученные с помощью космического телескопа «Хаббл», указывали на то, что Вселенная моложе, чем ее старейшая звезда, а это с научной точки зрения невозможно. Данные показывали, что возраст Вселенной от 8 до 12 млрд лет, в то время как некоторые ученые придерживались мнения о том, что старейшие звезды насчитывают 14 млрд лет. «Вы не можете быть старше вашей мамочки», – прокомментировал этот факт Кристофер Импей из Аризонского университета.
Но раз уж вы прочитали заголовок, выделенный жирным шрифтом, то вы понимаете, что теория Большого взрыва пребывает в добром здравии. Доказательства, оспаривающие теорию Большого взрыва, основывались на данных одной-единственной галактики M100, а такой метод научных исследований весьма сомнителен. В статье утверждалось, что бреши в теории «столь велики, что сквозь них легко прошел бы космический корабль из телесериала «Звездный путь: Энтерпрайз» (Star Trek: Enterprise)». С опорой на необработанные данные телескопа «Хаббл» возраст Вселенной можно было вычислить не точнее чем с 10–20 %-ной погрешностью.
Я считаю, что теория Большого взрыва основывается не на догадках, а на результатах обработки сотен данных из нескольких источников, которые все вместе подтверждают единую непротиворечивую теорию. (В науке не все теории равнозначны. Каждый может предложить свою версию создания Вселенной, но при этом необходимо, чтобы такая теория могла объяснить результаты обработки множества собранных данных, которые легко вписываются в теорию Большого взрыва.)
Три великих «доказательства» теории Большого взрыва основаны на работе трех невероятно талантливых ученых, каждый из которых занимал ведущее положение в той области науки, которой занимался. Это Эдвин Хаббл, Георгий Гамов и Фред Хойл.
Эдвин Хаббл, астроном-аристократ
Теоретические основы космологии были заложены Эйнштейном, что же касается современной экспериментальной космологии, то своим созданием она практически полностью обязана Эдвину Хабблу – возможно, величайшему астроному XX столетия.
Хаббл родился в глухом местечке Маршфилд (штат Миссури). У скромного деревенского парня были тем не менее большие амбиции. Отец, адвокат и страховой агент, убеждал его заняться юриспруденцией. Однако Эдвин был покорен романами Жюля Верна и… очарован звездами. Он жадно глотал классические произведения научной фантастики, такие как «Двадцать тысяч лье под водой» и «Из пушки на Луну». Он прекрасно боксировал, тренеры уговаривали юношу профессионально заниматься боксом, чтобы со временем выйти на поединок с чемпионом мира в супертяжелом весе Джеком Джонсоном.
Хаббл сумел получить престижную стипендию имени Родса для изучения юриспруденции в Оксфорде, где начал осваивать манеры британской аристократической элиты. (Он стал носить твидовые костюмы, курить трубку, добиваться безукоризненного британского выговора и рассказывать о дуэльных шрамах, хоть и поговаривали, что он нанес их себе сам.)
Однако счастья Хаббл не испытывал. Его не вдохновляли гражданские правонарушения и судебные процессы – сердце его с детства принадлежало звездам. Он набрался храбрости и круто изменил жизнь, отправившись из Чикагского университета в Обсерваторию Маунт-Вилсон в Калифорнии, где находился самый большой в мире телескоп со 100-дюймовым зеркалом. Начав карьеру так поздно, Хаббл очень торопился. Наверстывая упущенное время, он стремился как можно быстрее найти ответы на глубочайшие и древнейшие вопросы в астрономии.
В 1920-е годы Вселенная была удобным местечком. Люди верили, что она состоит лишь из галактики Млечный Путь – туманной полосы света в ночном небе, напоминающей разлитое молоко. (Вообще, слово «галактика» происходит от греческого слова, обозначающего молоко.) В 1920 году состоялся Великий спор между астрономами Харлоу Шепли из Гарварда и Гебером Кертисом из Ликской обсерватории. Спор шел на тему «Размер Вселенной» и касался размеров галактики Млечный Путь и всей Вселенной в целом. Шепли был уверен, что Млечный Путь – это и есть вся Вселенная. Кертис считал, что за пределами Млечного Пути находятся спиральные туманности – странные, но очень красивые образования вращающейся туманной материи. (Еще в XVIII веке Иммануил Кант высказывал предположение, что эти туманности являются «островными вселенными».)
Хаббл заинтересовался этим спором. Основной проблемой было то, что определение расстояния до звезд (и до сегодняшнего дня) является для астрономов дьявольски сложной задачей. Яркая, но очень далекая звезда может выглядеть точно так же, как тусклая, но ближняя звездочка. Эта путаница послужила источником многих серьезных споров и противоречий в астрономии. Для решения проблемы Хабблу требовалась так называемая стандартная свеча – объект, который испускает одно и то же количество света в любой точке Вселенной. (Вообще, значительная часть усилий в современной астрономии направлена именно на поиск и калибровку таких стандартных свечей. Многие споры в астрономии идут именно о том, насколько надежны эти свечи.) Если бы действительно существовала такая свеча, которая горит однородно и с одинаковой интенсивностью в любой точке Вселенной, то звезда, скажем, в четыре раза менее яркая, чем стандартная, просто находилась бы вдвое дальше от Земли.
Однажды вечером, когда Хаббл анализировал фотографию спиральной туманности Андромеды, у него наступил момент озарения. Он обнаружил в пределах туманности Андромеды разновидность переменной звезды (цефеиду), их изучением ранее занималась Генриетта Ливитт. Было известно, что цефеиды постоянно «разгорались» и меркли через определенные промежутки времени, при этом время одного полного цикла зависело от яркости звезды. Чем она ярче, тем дольше цикл пульсации. Таким образом, измерив продолжительность этого цикла, можно определить яркость звезды и вычислить расстояние до нее. Хаббл подсчитал, что период изменения блеска звезды составляет 31,4 дня, что, к его большому удивлению, соответствовало расстоянию в миллион световых лет, а значит, звезда находилась далеко за пределами галактики Млечного Пути. (Светящийся диск Млечного Пути насчитывает лишь 100 000 световых лет в поперечнике. Дальнейшие подсчеты показали, что Хаббл даже недооценил действительное расстояние до туманности Андромеды, которое приближается к 2 млн световых лет.)
Проведя такой эксперимент с другими спиральными туманностями, Хаббл обнаружил, что они тоже находятся далеко за пределами Млечного Пути. Иначе говоря, ему стало ясно, что спиральные туманности представляют собой полноправные островные вселенные, а Млечный Путь – лишь одна из многих галактик на небесном своде.
