Для того времени это было революционным мышлением. Несмотря на то что с середины до конца XIX в. в обществе было принято считать, что Вселенная имеет начало, потому что именно это утверждается в Библии, ученых это как-то не очень удовлетворяло. По все изменил.
Менее чем 100 лет спустя астроном Эдвин Хаббл вместе с другими астрономами, такими как Весто Слайфер и Эллери Хейл, сделали одно из самых потрясающих открытий в истории науки: практически все галактики, которые они могли наблюдать, похоже, мчались прочь от нас. В это было столь сложно поверить, что потребовались годы наблюдений, чтобы убедить всех, но доказательства были неоспоримыми: сама Вселенная расширяется.
Это имело глубокие последствия. Если галактики разлетаются от нас, тогда со временем они становятся все более далекими. В свою очередь, это означает, что в прошлом они были ближе друг к другу. Если перевести космические часы достаточно далеко назад в прошлое, тогда в определенный момент времени каждая галактика, каждый фрагмент материи и энергии во Вселенной, должны были находиться в одной точке.
А значит, у Вселенной было начало, момент времени, когда все началось. Материя и энергия вырвались из той временной точки, постоянно расширяясь. Альберт Эйнштейн уже работал над общими уравнениями, определяющими поведение времени и пространства, когда группа Хаббла обнаружила космическое расширение, и новости об открытии привели его в восторг. Вскоре ученые признали, что работа Эйнштейна была верной и что саму Вселенную можно описать, используя математику.
Так сформировалась модель Большого взрыва.
С годами модель переделывали, уточняли, что-то добавляли, а что-то убирали. Когда астроном использует термин «Большой взрыв», он не просто имеет в виду ту точку сингулярности 13,7 млрд лет назад; он также подразумевает огромную работу, проделанную для того, чтобы модель соответствовала всему, что мы наблюдаем во Вселенной. И на деле, это одна из самых успешных научных теорий в истории
[127].
Одним критическим фактором для подтверждения модели Большого взрыва является имеющая предел скорость света. Может показаться странным, но именно эта конечная скорость позволяет нам увидеть, чем Вселенная занималась в прошлом. Представьте, что скорость света была бы бесконечно большой. Если бы мы смотрели на галактику, находящуюся на расстоянии 10 млрд световых лет, мы бы видели ее такой, какая она прямо сейчас, именно в этот момент. Вероятно, она была бы очень похожа на нашу и мы мало что могли бы узнать от нее о Вселенной.
Но вместо этого у нас есть удивительная характеристика Вселенной: свет — не безгранично быстрый. Он очень быстрый, проходит 300 000 км за каждую секунду (это примерно 30 см в наносекунду, если вам так проще представить), но Вселенная столь велика, что луч света от какой-нибудь далекой галактики идет до нас очень долго.
Это означает, что мы видим галактики не такими, какие они прямо сейчас; мы видим их такими, какими они были в молодости. В этом отношении телескопы очень похожи на машины времени — чем дальше мы смотрим в пространство, тем дальше мы смотрим в прошлое. Как мы определили, какой была Вселенная 5 млрд лет назад? Легко: найдите галактики, которые находятся на расстоянии 5 млрд световых лет, и посмотрите на них.
А зачем на этом останавливаться? Наши телескопы огромны, а детекторы чувствительны. Мы видели галактики на расстоянии более 12 млрд световых лет, поэтому мы видим их такими, какими они были, когда самой Вселенной был примерно 1 млрд лет от роду. Благодаря этому мы на самом деле видим, как выглядели галактики, когда они были молодыми, и обнаруживаем, что происходит, когда они стареют.
Мы также можем находить и анализировать газ в пространстве между галактиками в удаленных областях Вселенной, который, в свою очередь, говорит нам еще больше о тех ранних условиях. Более того, радиотелескопы, настроенные на микроволновый диапазон спектра, обнаружили равномерное шипение, поступающее со всех сторон неба. Это шипение — не шум: в реальном смысле это остывающий свет от огненного шара рождения Вселенной. Спустя примерно 100 000 лет
[128] Вселенная расширилась и остыла достаточно, так что материя стала прозрачной для света, а значит, свет мог легко проходить сквозь нее. Раньше какой-нибудь фрагмент материи поглотил бы фотон, и тот не смог бы улететь очень далеко. Этот свет, получивший возможность свободно распространяться в пространстве, с тех пор «остыл» по мере расширения Вселенной и смог дойти до наших поджидающих приборов.
Эти характеристики — и многие, многие другие — дали нам изумительный ряд подсказок о поведении Вселенной. Поэтому у нас есть довольно хорошее понимание того, какой была Вселенная в прошлом, практически вплоть до самого ее рождения, почти 14 млрд лет назад.
А что насчет ее будущего? Можно ли использовать наши знания о физике и астрономии и экстраполировать их, чтобы определить потенциальную судьбу космоса?
Да, можно. Мы можем получить довольно правдоподобное представление о том, какой будет Вселенная еще через несколько миллиардов лет (например, наша округа очень скоро удивительно изменится). Впрочем, чем дальше мы заглядываем в будущее, тем больше затуманивается наш хрустальный шар, но с учетом всего, что мы наблюдаем и знаем, мы можем в общих чертах догадаться, что произойдет.
Я прямо вам скажу: для нас ничего хорошего. Если мы хотим выжить в далеком будущем — в прямом смысле далеком — нам придется настолько фундаментально измениться, что я бы даже уже не стал считать результат человеком. И даже в этом случае избежать будущей кончины Вселенной, возможно, не удастся.
Тем не менее еще есть надежда. Может быть, не для нас конкретно, но для тех, кто придет за нами. Может быть, никого за нами и не будет, но не исключено, что у Вселенной появится еще одна попытка.
Эпохи Вселенной
По мере старения Вселенная кардинально изменяется. Меняются и временные рамки этих общих изменений, увеличиваясь по мере старения. Когда Вселенная была молодой, она изменялась быстро. Например, одно из первых серьезных изменений во Вселенной произошло всего через 10–35 секунды после того, как она была создана. Прежде все силы во Вселенной — гравитация, электромагнетизм и ядерные силы — были объединены в одну-единственную силу, и этот период так и называется — Эпоха великого объединения. Сегодня это совершенно разные силы, но, когда Вселенная была невероятно горячей и плотной, они были неразличимы. Однако сразу после того тонкого среза времени, последовавшего за рождением космоса, температура и плотность достаточно снизились и силы начали проявляться по-разному.
