Однако для наших целей важно другое: эта поверхность будет иметь характерный масштаб, наложенный самим временем. Вот как это проще себе представить: если взять на поверхности последнего рассеяния участок размером около 1°, это будет соответствовать расстоянию на этой поверхности примерно в 300 000 световых лет. Далее, поскольку поверхность последнего рассеяния отражает ситуацию в тот момент, когда Вселенной было около 300 000 лет, а Эйнштейн учит нас, что информация не может перемещаться быстрее света в вакууме, следовательно, в то время никакой сигнал не мог переместиться по этой поверхности дальше, чем на расстояние в 300 000 световых лет.
Теперь рассмотрим сгусток вещества размером меньше 300 000 световых лет. Этот сгусток начинает коллапсировать под воздействием собственной гравитации. Однако сгусток размером больше 300 000 световых лет даже не начнет этого делать, потому что он еще не «знает», что является сгустком. Гравитация сама по себе распространяется со скоростью света, поэтому не успевает пересечь сгусток целиком. То есть этот сгусток, совсем как герои американского мультика про Хитрого койота и Дорожного бегуна, когда они сбегают с утеса и зависают в воздухе над обрывом, сидит и ждет, когда Вселенная станет старше, – и только тогда он поймет, что ему пора схлопываться!
Рассмотрим этот особый треугольник, одна из сторон которого равна 300 000 световым годам и удалена от нас на известное расстояние – расстояние до поверхности последнего рассеяния, как показано на рисунке.
Самые большие сгустки материи, которые уже начали схлопываться, создавая нарушения в общей картине реликтового излучения, будут иметь как раз такие угловые размеры. Если мы сможем получить изображение этой поверхности, какой она была в то время, можно ожидать, что «горячие пятна» в среднем будут как раз самыми крупными сгустками, видимыми на нем.
Однако будет ли максимальный угол, под которым видна эта дистанция, составлять ровно 1°, на самом деле определяется геометрией Вселенной. В плоской Вселенной световые лучи описывают прямые линии. В открытой Вселенной световые лучи, когда прослеживаешь их обратно во времени, изгибаются наружу, а в замкнутой – сходятся. Таким образом, то, под каким углом мы увидим линейку длиной 300 000 световых лет, расположенную на расстоянии, связанном с поверхностью последнего рассеяния, зависит от геометрии Вселенной – это видно из рисунка.
Таким образом, мы получаем прямой и надежный способ определить геометрию Вселенной. Поскольку размер самых больших горячих и холодных пятен на общей картине реликтового излучения зависит лишь от принципа причинности – от того, что гравитация распространяется только со скоростью света, и, следовательно, размеры самой большой области, которая могла в то время сколлапсировать, зависят только от того, на какое максимальное расстояние мог распространиться луч света в то время, – и поскольку угол, под которым мы видим линейку фиксированной длины, определяется исключительно кривизной Вселенной, то простая картина поверхности последнего рассеяния и покажет нам, какова крупномасштабная геометрия пространства – времени.
Первый эксперимент, в ходе которого попытались проделать подобное наблюдение, был проведен на аэростате в Антарктиде в 1997 г. и назывался BOOMERanG
[15]. Повод для выбора такого названия был очевиден: к высотному аэростату прикрепили микроволновой радиометр, как можно увидеть на фото.
Затем аэростат облетел вокруг света, что в Антарктике проделать несложно. На самом Южном полюсе для этого достаточно было бы обернуться вокруг своей оси, а на широте станции Мак-Мёрдо тур вокруг континента при попутном полярном ветре занял около двух недель, после чего аппарат вернулся в исходную точку – потому-то его и назвали «бумеранг».
Цель этого путешествия была проста. Если мы хотим пронаблюдать реликтовое излучение при температуре в 3º K, не загрязненное тепловым излучением от куда более теплого вещества Земли (даже в Антарктиде температура все равно на 200º K выше температуры реликтового излучения), придется как можно выше подняться над поверхностью Земли, оставив позади большую часть атмосферы. В идеале для этого применяют спутники, но высотные аэростаты справляются с задачей почти так же хорошо, а обходятся несравнимо дешевле.
Итак, через две недели BOOMERanG предоставил изображение небольшого участка «реликтового неба», где были видны горячие и холодные пятна рисунка излучения, приходящего от поверхности последнего рассеяния. Внизу приведен коллаж из изображения участка неба, который наблюдался в ходе эксперимента BOOMERanG (горячие и холодные области выглядят соответственно как темные и светлые пятна), и фотографии самой экспериментальной установки.
Из этого изображения можно сделать два вывода. Во-первых, оно наглядно показывает, каков был реальный физический масштаб горячих и холодных пятен в небе, которые увидел BOOMERanG, причем передний план дается для сравнения. Но еще оно иллюстрирует другое важное обстоятельство – то, что можно назвать нашей космической близорукостью. Если в солнечный день взглянуть в небо, увидишь ясное голубое небо, как на первой фотографии с аэростатом. Но это только потому, что в результате эволюции мы различаем только видимый свет. Несомненно, мы пошли именно таким эволюционным путем потому, что излучение поверхности нашего Солнца имеет максимум именно в видимом диапазоне, а еще потому, что излучение во многих других диапазонах поглощается нашей атмосферой и попросту не доходит до земной поверхности (к счастью для нас, поскольку подобное излучение по большей части смертоносно). Так или иначе если бы в результате эволюции мы видели микроволновое излучение, то вид неба и днем и ночью – если не смотреть прямо на Солнце – непосредственно являл бы поверхность последнего рассеяния, от которой до нас более 13 млрд световых лет. Именно это изображение и показал нам детектор установки BOOMERanG.
Первый полет аэростата BOOMERanG, в результате которого была получена эта картинка, оказался на удивление удачным. Однако природа Антарктики негостеприимна и непредсказуема. В другом запуске в 2003 г. все экспериментальное оборудование едва не было утрачено: сначала аэростат оказался неисправен, потом разыгралась буря. Положение спасло лишь решение, принятое в последний момент: отделить аппаратуру от аэростата, который тут же унесло в неизвестном направлении. Спасательная партия разыскала установку в антарктической пустыне и забрала герметичный контейнер с научными данными.
