Текст книги "Неопределенная Вселенная"

Мы покидали черные дыры Гарварда, взмывая на канадском самолете в туманную высь Массачусетских небес... Я с удовлетворением вспоминал, как в последний день своего пребывания сообщил таксисту, что космология – лженаука...

Глава 3
Гравитация Острова свободы

Посещение Гарварда и занимательная встреча на банкете меня не удовлетворили, и я продолжил свой путь по косогорам планеты Земля в поисках чего-нибудь еще, что могло бы пролить свет в моем понимании самых, я бы сказал, коренных вопросов мироздания, столь далеких, казалось бы, от суеты мирской, однако таких же суетных, как и любые другие начинания человека.

Так случилось и в то утро, когда я с легким недоумением проснулся в бунгало гостиничного комплекса «Los Caneyes», обустроенного в индейско-крестьянском стиле, находящегося поблизости от крошечного, грязного городка с обманчиво-сладким названием «Santa-Clara», где-то в центре Острова свободы, в простонародье именуемого Куба.

«Куба далеко! Куба рядом!» Какой там рядом! Больше чем рядом! Вот она, наползла на меня огромным пространством океана, без стеснения заглядывающего сначала в круглое окошечко самолета, подернутое сахарком лютого надоблачного морозца, а потом пялющееся зеленью вод в окно гостиницы в Гаване на неизвестно каком этаже... окно, открывающееся в полный рост. Такого в западных гостиницах не встретишь. Остров свободы воистину свободен. Хочешь – прыгай в окно, а хочешь – повремени.

Сначала Куба встретила меня дышащим в лицо океаном, а вот теперь слеповато глядящей на меня выкрашенной стеной гостиничного домика – гордого строения туристической деревушки, полнящейся курами...

Если учесть, что я слыву домоседом и тихоней, такие бешеные прыжки в пространстве пугают не только меня. А тот факт, что за последние три месяца это уже второе мое пришествие на остров, хотя до этого я на нем никогда не бывал, вполне позволяет заподозрить, что Куба возобладала надо мной какой-то особой индивидуальной гравитацией, притягивающей именно меня, мой крошечный чемоданчик и мою верную спутницу, – разумеется, тоже с чемоданчиком, весело-зеленым и мелким, как коробочка из-под каши «Геркулес».

Все случилось по воле бумажки, официального письма из университета, проводящего конференцию по гравитации и космологии[10]10
  Second International Workshop on Gravitation and Cosmology, Las Villas Central University, Santa Clara, Cuba.


[Закрыть]. Я всегда неровно дышал к бумажкам, а тут в ответ на мою скромную просьбу пригласить меня с супругой на конференцию в качестве научных писателей, кубинские товарищи ответили не каким-нибудь завалящим интернетным сообщением, а настоящей официальной бумажкой с огромной овальной печатью!

Я болезненно увлечен космологией – наукой, которая одновременно и манит, и настраивает против себя своей самоуверенной и подчас несносной фантазией, называемой моделированием и теориями, фантазией, строго подкрепленной высшей математикой, что должно делать ее более реальной, однако оставляя менее приемлемой.

Космология – это раздел астрономии и астрофизики, изучающий происхождение, крупномасштабную структуру и эволюцию Вселенной. Данные для космологии в основном получают из астрономических наблюдений. Эти наблюдения в начале 1920-х годов, в сочетании с прогрессом в теоретической физике, сумели поставить космологию в ряд точных наук, тогда как до этого она, скорее, была областью философии и отменным поводом сжигать еретиков на кострах.

Сейчас сложились две космологические школы: эмпирики ограничиваются интерпретацией наблюдательных данных, не экстраполируя свои модели в неизученные области; теоретики пытаются объяснить наблюдаемую Вселенную, используя некоторые гипотезы, отобранные по принципу простоты и элегантности.

Нетрудно догадаться, что я горячий сторонник эмпириков, ибо глубоко раздосадован философской, политической и религиозной спекуляцией космологическими моделями... Мол, если космологическая постоянная равна нулю – то Бог есть, и надо соблюдать все заповеди, а если не равна, то можно безобразничать, как заблагорассудится, или наоборот. Теоретики продолжают искать игрушечные решения своих игрушечных вопросов... А целая толпа псевдофилософствующих разъясняет нам, во что верить, а во что нет... А что, если Вселенная – мембрана, точнее, коврик? Тогда что же, можно убивать друг друга по четвергам? А что, если Вселенная – половая тряпочка? Тогда можно по пятницам?

Итак, от нечего ли делать, от страсти ли к познанию и некоторым новым физическим ощущениям, которые нам дарит смена климата, мы очутились на Кубе.

Куба – страна социалистическая... хотя и с поднимающим голову мелким предпринимательством, разрешенным Кастро в «особый период», когда Куба положила зубы на полку и, оставшись без заказов Советского Союза на сахар и грейпфруты, без запчастей и нефти, поступавшей взамен, буквально перешла на вспахивание полей волами, и слово «интернациональ», прибавляемое к слову «клиника», обозначает на Кубе ничто иное, как то, что заведение это приличное и предназначено исключительно для иностранцев.

Но все эти прозрения были впереди, а пока мы вместе с другими космологами отправились на автобусе в город Санта-Клара, находящийся в трех часах езды от Гаваны.

Пока автобус кружил по Гаване, в глаза бросалась всем известная и многократно описанная кубинская нищета, которой кубинцы, кстати, явно не стесняются и охотно выставляют ее напоказ в качестве национальной достопримечательности.

Cтроить хорошие жилые дома на Кубе так же бесполезно, как оседлать быка, ибо все равно, рано или поздно, он больно швырнет вас со своего загривка об истоптанную землю. Ураганы, начинающиеся вместе с началом лета и не отступающие до середины зимы, сносят всё, что плохо лежит, а плохо лежит на Кубе всё, что не приковано цепями, а на Острове свободы, как вы понимаете, цепей нет, ибо какая же это свобода, если цепи... Впрочем, на Острове свободы, кроме цепей, много чего нет, что, в общем, является обычным признаком наслоения гибельного сочетания социализма и латиноамериканизма. Народ же, похоже, от этого не страдает, и единственное, во что вкладывается, так это в крепкий каменный пол, а после очередного урагана, собрав разлетевшиеся фанерные стены и мебель, продолжает жить припеваючи в практически всеобщей, а потому нестыдной нищете.

Так остров гордо выстаивает ураганы и американскую блокаду во главе с бессменными Фиделем и Раулем, революционными романтиками «барбудос» – «бородачами», однажды высадившимися с грязной шхуны, чтобы захватить остров. И лишь Че Гевара, их верный команданте, который, собственно, весь остров-то и захватил, присутствует на Кубе в виде памятников и плакатов, да грандиозного мемориала в той же Санта-Кларе, мемориала с его прахом и останками его товарищей, перевезенных из Боливии, где они пытались учинить очередной переворот.

Итак, на Кубе без него нельзя никак. Повсюду звучит изумительная по своей выразительности и жалобности песня... И давно, пожалуй, потерявшие веру в революцию кубинцы послушно и прочувствованно выводят: «Команданте Че Гевара...» и получают за свои старания специальные конвертируемые песо от взволнованных и донельзя растроганных туристов.

На полустанке по дороге из Гаваны в Санта-Клару мы вышли подышать тяжелым, жарким воздухом, и я заметил маленький корытообразный прудик, рядом с чугунным памятником худющей корове. (Коровы и вообще все животные на Кубе напоминают кадры из концлагеря, – посмотрев на памятник, я с надеждой подумал: может, просто порода такая, или других коров не видели, а соцреализм велит ваять правду, как она есть?) Итак, в прудике плавали три огромных рыбины и сидели три довольно крупных черепахи. Один из космологов пристально стал их разглядывать, и я подумал, что, видимо, зреет в его голове очередная космологическая теория о мире на спине черепахи. Черепахи тоже времени не теряли. Они, пытаясь забраться одна на другую, рассматривали автобус, в котором мы приехали, и явно предполагали, что он – тоже гигантская черепаха. «И где же у него голова?» – напряженно всматривались черепахи, но голова не появлялась, что было несомненным крахом их черепахо-автобусной теории. Боже мой, почему мы тоже никак не можем отказаться от сквозящей в каждом нашем понятии антропологичности? Все, что мы ни наблюдаем, пытаемся объяснить, как те черепахи, на уровне собственного панциря.

Конференция началась с отключения электричества, которое на Кубе происходит часто.

Итак, поскольку без электричества презентации проводить было несподручно, участники стали прогуливаться под открытым палящим небом и внимательно изучать кур, блуждающих по территории скромного центра, в котором проходило это знаменательное научное событие.

Наконец электричество включили, и я успел послушать тройку-четверку докладов перед обедом. Потчевали нас там же, в конференц-центре. Я сел за отдельный столик, как обычно, не намереваясь ни к кому приставать, но трое испаноязычных космологов подсели ко мне, и мы познакомились. Почувствовав в моем лице непонятного чужака, мои сотрапезники немного ощетинились, но разговор все же завязался.

Слева от меня сидел веселый бородач, куривший приятно пахнущую трубку (на Кубе практически везде можно курить). Это был Роберто Сусман, профессор из Universidad Nacional Autnoma de Mexico. Напротив меня расположился Аксел Де Ля Макора из института физики того же университета. Третьего собеседника я не запомнил. Они прекратили говорить между собой по-испански и, перейдя на английский, перевели внимание на мою скромную персону. Я с некоторым затруднением разъяснил, кто я такой и что я здесь делаю. После удивленного замешательства заговорили о моем писательском интересе к космологии. В принципе, сначала ничего нового в разговоре не прозвучало: перебирание все тех же аргументов и контраргументов. Однако через некоторое время я обратился к Акселу и спросил, неужели он всерьез может рассуждать о нашем человеческом отсчете времени применимо к космологическим масштабам. К моему удивлению, сначала Аксел, а потом и Роберто твердо заверили меня, что, по их мнению, наше человеческое понимание времени не имеет никакого отношения к космологии. Мы ведь отсчитываем время в соответствии с механическим движением материальных тел – например, движением Земли вокруг Солнца. Аксел сказал, что в начальные периоды развития Вселенной не было и не могло быть никаких механических объектов... Сусман сказал, что в теории Большого взрыва история Вселенной грубо подразделяется на три области, которые отражают меру нашего текущего понимания: стандартная космология, космология частиц и квантовая космология.

Стандартная космология является наиболее надежно разъясненной эпохой, охватывающей период примерно от одной сотой секунды после Большого взрыва до настоящего дня. Стандартная модель эволюции Вселенной в эту эпоху выдержала множество точных наблюдательных испытаний.

Космология частиц создает картину Вселенной, предшествующей предыдущей эпохе, при температурных режимах, которые всё еще находятся в рамках известной физики. Например, ускорители частиц высоких энергий в CERN и в лаборатории Ферми позволяют нам испытывать физические модели для процессов, которые могли происходить лишь спустя 0,00000000001 секунды после Большого взрыва. Эта область космологии является более спекулятивной, поскольку включает в себя, по меньшей мере, некоторые экстраполяции, и часто сталкивается с непреодолимыми вычислительными трудностями. Многие космологи полагают, что приемлемые экстраполяции могут быть проведены вплоть до времен фазового перехода великого объединения.

Квантовая космология рассматривает вопросы о возникновении самой Вселенной. Она стремится описать квантовые процессы в самые ранние времена, которые мы можем постичь в рамках классического пространства-времени, то есть эпоху Планка через 0,0000000000000000000000000000000000000000001 секунды. Для таких времен у нас пока нет полностью последовательной теории квантовой гравитации, эта область космологии еще более спекулятивна.

Что в человеческом понимании времени есть эпоха Планка? Это не сопоставимое с нашим пониманием времени понятие.

Тогда я спросил: почему же вы утверждаете, что возраст Вселенной приблизительно 13,7 миллиардов лет? Какой смысл имеет такое утверждение?

Аксел возразил, что в космологии они не пользуются такими понятиями, как «годы».

Я заметил, а он подтвердил, что имеется в виду измерение расстояний на космологической шкале по степени красного смещения в спектрах галактик, указывающих на доплеровский эффект, на котором и построен закон Хаббла[11]11
  Закон Хаббла устанавливает зависимость между расстоянием до галактики D и ее лучевой скоростью Vr, оп–еделяемой с помощью эффекта Доплера: D = Vr / H, где H постоянная Хаббла. Ее значение известно лишь приблизительно (60-80 км/с/Мпк). Этот закон был эмпирически открыт американским астрономом Э. Хабблом в 1929 г. и отражает происходящее расширение Вселенной. Использование этого закона позволяет оценить расстояние до галактик или их систем, измерив их красное смещение, или лучевую скорость.


[Закрыть].

– А все эти световые годы – это для широкой публики, – подвел итог Аксел Де Ля Макора.

– Ах, вот оно что... То есть вы сами отдаете себе отчет в том, что космологию нельзя переводить в обычные человеческие понятия, однако делаете это для широкой публики... потчуя ее «темным веществом», «темной энергией», «Большим взрывом» и «квинтэссенцией»...

– Да, нас некоторые очень не любят из-за этой мистической терминологии, – подтвердил Сусман.

– Кстати, неужели нет другого объяснения красному смещению... – завел свою любимую пластинку я. – Вот хотя бы комптоновский эффект[12]12
  Эффект Комптона (Комптон-эффект) – явление изменения длины волны рентгеновского излучения вследствие рассеяния его электронами вещества. Длина волны фотона при рассеянии всегда увеличивается, что могло бы отчасти объяснить красное смещение в спектрах удаленных галактик.


[Закрыть]...

– Да зачем комптоновский эффект? – возразил Аксел. – Есть много объяснений типа «старения света» и т. д. Дело не в том, что можно найти другое объяснение. В отдельности на каждый феномен действительно можно найти другое объяснение, но теория расширяющейся Вселенной лучше всего объясняет все феномены сразу – равномерность распределения соотношения водорода и гелия во Вселенной, красное смещение в удаленных спектрах галактик, реликтовое излучение...

– А темное вещество, вы полагаете, скорее всего, имеет место в связи с последними находками, забившими, как говорится, гвоздь в гроб модифицированной ньютоновской теории.

– Ну а как ему не быть? – занервничал Аксел и недобро на меня посмотрел. – Вы что же, наталкиваясь на шкаф в темной комнате, будете заявлять, что шкафа в комнате нет, раз вы его не видите? Разве может быть другое объяснение, кроме физического наличия материи, которая просто никак себя не проявляет, кроме гравитационного взаимодействия с видимым веществом?

– Есть... например, галлюцинация, – заупрямился я. Аксел расстроенно на меня посмотрел и вовсе рассердился.

– Темное вещество – это что, главный вопрос теперь – это темная энергия, – перевел разговор на несколько другую тему Роберто Сусман, – гипотетическая форма энергии, имеющая отрицательное давление и равномерно заполняющая все пространство Вселенной. Согласно общей теории относительности, гравитация зависит не только от массы, но и от давления, причем отрицательное давление должно порождать отталкивание, антигравитацию. Согласно последним данным, обнаружившим ускоренное расширение Вселенной, такая сила действительно действует в космологических масштабах. Существует два варианта объяснения сущности темной энергии: темная энергия есть космологическая константа – неизменная энергетическая плотность, равномерно заполняющая пространство; или же темная энергия есть некая квинтэссенция – динамическое поле, энергетическая плотность которого может меняться в пространстве и времени.

Окончательный выбор между двумя вариантами требует высокоточных измерений скорости расширения Вселенной, чтобы понять, как эта скорость изменяется со временем. Темпы расширения Вселенной описываются космологическим уравнением состояния.

Разрешение уравнения состояния для темной энергии является одной из самых насущных задач современной наблюдательной космологии!

Введение космологической константы в стандартную космологическую модель (так называемая метрика Фридмана – Лемэтра – Робертсона – Уокера, FLRW) привело к появлению современной модели космологии, известной как лямбда-CDM модель (Lambda-Cold Dark Matter model). Эта модель прекрасно соответствует имеющимся космологическим наблюдениям.

– Да, вот и Джоэль Примак, один из создателей этой теории, которого я встретил в мае на конференции в Гарварде, тоже весьма за эту теорию агитирует... – встрял я, чтобы похвастаться своими вновь приобретенными знакомствами в «большой космологии».

– Я его знаю, – сказал Сусман, – я его встречал.

– Он, кстати, выпустил вместе с супругой книгу «Взгляд из центра Вселенной», в которой они предприняли попытку доступно разъяснить народонаселению Земли новые теории Примака в доступной каббалистически-спиритуальной форме.

– Да что вы говорите! – рассмеялся Сусман. – Я знаю Нэнси, она замечательно поет под гитару.

– Космологи пытаются рассматривать историю Вселенной с эволюционной точки зрения, поэтому, глядя на наиболее удаленные районы Вселенной, откуда свет добирался до нас более десятка миллиардов лет, они предполагают увидеть менее сформированные галактики, чтобы, так сказать, убедиться в своей правоте, однако, как назло, в так называемом Hubble Deep Field – снимках с орбитального телескопа Хаббл, сделанных специально для выявления наиболее удаленных объектов Вселенной, появляются довольно крупные и сформированные галактики. То есть в соответствии с нынешней теорией расширяющейся Вселенной, начавшейся в Большом взрыве, после этого Большого взрыва просто не остается достаточно времени на формирование таких крупных галактик. Что же будет, если мы получим еще более точный снимок, проникающий глубже назад во времени и там обнаружим гигантскую, хорошо сформированную галактику? – снова перевел я тему разговора.

– Да, это будет большая проблема, – задумчиво ответил Сусман и загрустил. – Космология переживает сложные годы. Недавно обнаруженная акселерация расширения Вселенной поставила многих в тупик. Не то что это плохо для космологии! Наоборот – это делает ее интересной! Мало того, что Вселенная расширяется, она еще и расширяется с ускорением... Вопрос об объяснении величины космологической постоянной тревожит ученых. Для многих ведущих физиков-теоретиков это вопрос номер один. Антропное объяснение величины космологической постоянной состоит в том, что из всего многообразия вариантов величины этого параметра, доступного в мультиверсе, в скоплении различных вселенных, жизнь может появиться лишь в тех вселенных, в которых постоянная попадает в очень узкий диапазон (разумеется, вблизи значения космологической постоянной в нашей Вселенной). Поскольку другие вселенные для нас недоступны, проверить такое объяснение довольно трудно.

– Арбахам Лоэб, один из организаторов гарвардской конференции, на которой я был в мае, считает, что ему тем не менее удалось придумать, как такую проверку можно осуществить, – добавил я. – Идея состоит вот в чем. Если планетные системы могли возникать на z порядка 10 (z указывает на степень красного смещения в спектре галактик, а следовательно, на удаленность этих галактик от нас, как, впрочем, и на удаленность их в прошлое), то это означает, что планетные системы могут возникать во вселенных, где космологическая постоянная в тысячу раз отличается от нашей. В случае если удастся показать, что в звездных системах, возникших на таких больших красных смещениях, есть планеты, то, полагает Лоэб, по антропной аргументации будет нанесен серьезный удар. Конечно, увидеть свидетельства существования планет на z = 10 сейчас нельзя. Но можно поискать их в старых системах, например в старых шаровых скоплениях и карликовых галактиках. Это можно сделать, например, с помощью микролинзирования.

Космологическая конференция в Санта Кларе (Куба). Май 2006 г. Автор – крайний справа.

– На мой взгляд, такой подход, в случае обнаружения планет, не сможет серьезно поколебать ряды сторонников антропного объяснения. Во-первых, как верно пишет Лакатос, так просто исследовательскую программу не задушишь, не убьешь. Во-вторых, вывод Лоэба о том, что в случае обнаружения таких планет можно уменьшить вероятность антропного объяснения до 0,1 процента, основан на ряде предположений, которые могут и не выполняться. Наличие планет еще ничего не говорит о наличии жизни. Кроме того, важно оценить количество цивилизаций и продолжительность их существования.

Обед закончился, и мы вернулись в зал. Мне очень понравился доклад Chris Impey – профессора из Аризонского университета, где он изучает квазары в Steward Observatory. Прекрасный лектор Крис воспользовался микрофоном, чем сразу привлек к себе внимание аудитории. Крис и его группа, используя Alcock-Paczynski Test, провели геометрическое измерение темной энергии, пользуясь парами квазаров [13]13
  Квазар (англ. quasar – сокр. от Quasi stellar radio source – «похожий на звезду радиоисточник») – класс внегалактических объектов, отличающихся очень высокой светимостью и настолько малым угловым размером, что в течение нескольких лет после открытия их не удавалось отличить от точечных источников – «звезд». Впервые квазары обнаружили в 1960 г. как радиоисточники, совпадающие в оптическом диапазоне со слабыми звездообразными объектами. В 1963 г. М. Шмидт (США) доказал, что линии в их спектрах сильно смещены в красную сторону. Принимая, что это красное смещение вызвано эффектом Доплера, возникшего в результате удаления квазаров, до них определили расстояние по закону Хаббла. Обнаружено уже более 5000 квазаров. Ближайший из них и наиболее яркий (3С 273) имеет блеск около 13m и красное смещение z = 0,158 (что соответствует расстоянию около 2 млрд световых лет). Самые далекие квазары, благодаря своей гигантской светимости, превосходящей в сотни раз светимость нормальных галактик, видны на расстоянии более 10 млрд световых лет. Нерегулярная переменность блеска квазаров указывает, что область генерации их излучения имеет малый размер, сравнимый с размером Солнечной системы. Последние наблюдения показали, что большинство квазаров находятся вблизи центров огромных эллиптических галактик, даже для тех квазаров, у которых ранее не были найдены родительские галактики. Считается, что квазары представляют собой сверхмассивные черные дыры, на которые падает вещество.


[Закрыть]. После доклада я подошел к Крису и, выразив ему свое почтение, стал что-то уточнять. Его глаза загорелись, и он еще раз мне все пояснил.

На следующий день мы отправились всем составом конференции на экскурсию в город Тринидад, находящийся где-то в двух с половиной часах от Санта-Клары, на побережье Карибского моря.

Тринидад заложил в 1514 г. Диего Веласкес, выбрав местечко возле рек Агабамо и Таябо, тогда еще приносивших золото. Поначалу основным занятием жителей Тринидада была контрабанда. Однако их самих не раз грабили пираты, поэтому в XVIII в. они занялись делом более трудоемким, но зато легальным – выращиванием сахарного тростника. В период сахарного бума Тринидад переживал золотой век. Но когда центрами торговли стали Гавана и Сьенфуэгос, когда уже не за горами была отмена рабства, Тринидад утратил свое значение так же быстро, как когда-то его приобрел. Но именно благодаря упадку здесь сохранилась колониальная архитектура, которую мы и явились осматривать.

Самым страшным, и я бы сказал, коварным элементом этой архитектуры оказалась мостовая, выложенная из круглых, словно бы речных камней. Каждый раз, ступая по ним, мы рисковали подвернуть ногу.

Так мы поплутали под нещадно палящим в два часа дня солнцем (отличное время для прогулок на Кубе в июне) и присели отдохнуть в тени на паперти церкви. В вязком от жары воздухе появились фигуры пиратов. Мне казалось, что я брежу. Но моя жена подтвердила мои галлюцинации. Оказалось, на площади перед церковью кубинцы взялись снимать кино.

Наша группа степенно протащилась мимо нас, сидящих на паперти, и мы поднялись следовать за ними. Не успел я оглянуться, как супруга подвернула ногу, да так сильно, что она у нее распухла, словно была из дрожжевого теста… Оперевшись на меня, она, видимо, чего-то немного повредила в моем подагрическом суставе, и я тоже захромал, хотя на одной ножке не прыгал…

Таким образом мы всем эмпирически доказали, что с гравитацией на Острове свободы всё в порядке.

Дома нас встретили наши дети, которые не удивились, увидев своих родителей хромоногими:

– Мы вам говорили: не лезьте вы к этим космологам. Мы так и знали, что они вам накостыляют.