Текст книги "Астрофизика начинающим: как понять Вселенную"

2
Как общаться с инопланетянами

Представьте, что мы приземляемся на другую планету, на которой существует высокоразвитая цивилизация. Обитатели этой планеты могут оказаться совершенно непохожими на нас: трехногими, вообще без ног, со слизистой пурпурной кожей… Они могут быть отвратительнее, чем голые скользкие крысы. Или, возможно, они окажутся прекрасными танцорами – мы просто ничего о них не знаем. Но одно нам известно точно: в их мире действуют те же самые законы природы, что и в нашем.

На языке науки мы называем это универсальностью физических законов.

Если бы вам захотелось поговорить с инопланетянами, вы могли бы совершенно определенно предсказать, что они не смогут общаться с вами по-английски или по-французски, или даже по-китайски. И вы не смогли бы гарантировать, что рукопожатие будет ими воспринято как дружеское приветствие, а не как смертельное оскорбление. Но если их цивилизация действительно высокоразвитая, они должны знать те же физические законы, что и мы. Будь они гигантами или лилипутами, скользкими или шершавыми – они знают, что такое тяготение. Поэтому вы можете твердо надеяться, что найдете с ними общий язык – язык науки.

Законы науки, которые определяют свойства нашего мира, одни и те же во всей Вселенной, от вашего двора до Марса и гораздо дальше. Даже в фильме о звездных войнах, случившихся в одной далекой-далекой галактике, действуют те же законы – ведь и самые далекие галактики остаются частью нашего космоса.

Ученые не всегда были уверены, что физические законы универсальны. До 1666 года, когда английский джентльмен Исаак Ньютон записал закон всемирного тяготения, нечто вроде рецепта, которому следует действие гравитации, ни у кого не было причин думать, что научные законы у нас дома, на Земле, те же самые, как и где-либо еще во Вселенной. На Земле все происходит по-земному, а на небе – на звездах и планетах – все должно идти по-небесному.

Ведь в нашей ежедневной жизни правила могут меняться от места к месту. Может быть, у вас дома разрешается ходить по комнатам в уличных кроссовках. Но если вы приходите в гости к другу, правила его дома могут требовать, чтобы, войдя, вы немедленно разулись и не разносили бы грязь. Раньше ученые думали, что космос тоже устроен именно так. Но Ньютон открыл, что Вселенная не подчиняется этому правилу.

Во Вселенной повсюду действуют одни и те же законы.

В 1665 году люди стали спешно покидать Лондон, чтобы спастись от смертельного заражения чумой. Сэр Исаак Ньютон тоже бежал в свое поместье в Линкольншире. Здесь, вдали от города, у Ньютона появилось свободное время, которое он употребил на размышления. Глядя на свой сад, он стал думать о том, что за сила срывает спелое яблоко с ветки. Почему яблоки падают прямо на землю? И к 1666 году он сумел найти ответ на этот вопрос, сформулировав закон всемирного тяготения.

Гениальность работы Ньютона заключалась в том, что он понял: гравитация не только заставляет яблоки падать в траву. Он сообразил, что та же самая сила тяготения удерживает и Луну на орбите вокруг Земли.

Закон всемирного тяготения Ньютона управляет движением планет, астероидов и комет вокруг Солнца.

Он не позволяет сотням миллиардов звезд галактики Млечного Пути разлететься по всему космосу.

Но тяготение – не единственная сила, чье действие простирается так далеко.

Со времен Ньютона ученые открыли много новых физических законов, которые повсюду действуют одинаково. Эта универсальность физических законов помогла ученым сделать фантастические открытия. Мы можем изучать далекие звезды и планеты и считать, что на них природа следует тем же законам.

Сэр Исаак Ньютон понял, что тяготение не только срывает яблоки с деревьев. Оно удерживает и Луну на орбите вокруг Земли.

Уже после Ньютона астрономы XIX века, основываясь на этой идее, заключили, что Солнце состоит из тех же элементов, которые они уже изучили на Земле: водорода, углерода, кислорода, азота, кальция, железа. Они даже нашли в солнечном свете следы нового элемента и дали ему имя гелий, от греческого «Гелиос» – Солнце. Гелий стал первым и единственным членом большой коллекции элементов – периодической системы, – который был обнаружен вне Земли. Много лет спустя детские дни рождения навсегда изменились, когда дети обнаружили, что могут втягивать в себя газ из накачанных гелием шариков и делать свои голоса писклявыми, как в мультиках.

Ну, хорошо, предположим, физические законы действуют в Солнечной системе – но будут ли они работать по всей Галактике?

А во всей Вселенной?

И были ли они теми же миллион или даже несколько миллиардов лет назад?

Шаг за шагом законы природы подвергались проверке.

Как видно из этого рисунка, когда гравитация притягивает близко друг к другу две массивных звезды, в результате может произойти взрыв.

Астрономы обнаружили, что окрестные звезды тоже состоят из уже знакомых нам строительных «блоков», таких как водород и углерод. Позже, изучая двойные звезды или звездные пары, в которых звезды кружат друг вокруг друга, как не решающиеся атаковать боксеры на ринге, астрономы снова обнаружили, что это происходит под влиянием гравитации. Тот же универсальный закон, что срывал с дерева ньютоновские яблоки и не дает пятиклассникам забрасывать сверху мячи в баскетбольную корзину, связывает эти звезды друг с другом и позволяет ученым предсказывать их движение.

Итак, законы природы работают и здесь, и вдалеке от нас. Но откуда мы знаем, что они выполнялись всегда? Действовали ли те же универсальные законы миллионы лет назад?

Да. Мы знаем это потому, что астрофизики могут заглянуть в прошлое.

Прежде чем достичь наших телескопов, свет от Марса некоторое время путешествует в пространстве, а потому на деле мы видим эту планету такой, какой она была на несколько минут раньше.

Когда вы глядите на Марс в телескоп, вы видите на Красной Планете не совсем то, что происходит на ней в это мгновение. Расстояние между Землей и Марсом меняется, но допустим, что оно составляет сто сорок миллионов миль. Это значит, что свету приходится преодолеть сто сорок миллионов миль, чтобы добраться до нас, а такое путешествие световой луч проделывает примерно за двенадцать минут. И, так как свету понадобилось двенадцать минут, чтобы достичь вашего телескопа, в действительности вы видите Марс таким, каким он был двенадцать минут назад. У астрофизиков есть гораздо более мощные телескопы, при помощи которых мы можем изучать гораздо более далекие объекты, и чем дальше мы заглядываем в пространство, тем дальше мы видим в прошлое.

Я знаю, что вы сейчас думаете. «Да ладно!».

Что ж, это нормальная реакция.

Но подумайте: мы оцениваем расстояние до далеких звезд и галактик в световых годах. Это время, которое требуется световому лучу, чтобы долететь от данного объекта до наших телескопов. То есть когда мы изучаем галактику, расположенную в пяти миллиардах световых лет от нас, это значит, что свету понадобилось пять миллиардов лет, чтобы добраться от нее до нас.

Другими словами, мы видим эту галактику такой, какой она была пять миллиардов лет назад.

Да, мы буквально путешествуем в прошлое и видим, что самые далекие объекты во Вселенной миллиарды лет назад подчинялись тем же законам, которые действуют в нашем мире сегодня. Во всем космосе универсальные законы остаются незыблемыми с самого начала мира.

Конечно, то, что физические законы универсальны, не означает, что все, что происходит в космосе, случается и здесь, на Земле. То, что законы повсюду одни и те же, не значит, что повсюду возможно все. Например, я могу поспорить, что вы никогда не столкнетесь на улице с черной дырой.

Эти космические монстры образуются, когда невероятно плотные звезды коллапсируют – обрушиваются внутрь себя под действием собственного тяготения. Гравитация как бы всасывает все вещество звезды в ее центр, оставляя в пространстве дыру на том месте, где только что сияла звезда. Вокруг черных дыр действует настолько огромная сила притяжения, что даже свет не может их покинуть. Если бы на улице действительно появилась такая космическая воронка, ее жертвой стали бы не только вы. В этот водоворот могла бы провалиться и бесследно исчезнуть вся планета.

Но как ни могучи черные дыры, и они подчиняются законам природы.

Не только физические законы применимы повсюду во Вселенной. Эти законы включают в себя числа, называемые постоянными, или константами, которые помогают ученым количественно оценить результат действия того или иного закона. Гравитационная постоянная, так называемое G большое, позволяет вычислить силу тяготения в том или ином конкретном случае. Например, зная G большое, мы можем оценить силу тяжести на поверхности Марса.

Однако самая известная постоянная – это скорость света. Астронавтам миссии «Аполлон» понадобилось около трех дней, чтобы долететь до Луны. Если бы они двигались со световой скоростью, на то, чтобы покрыть двести сорок тысяч миль, им бы хватило чуть больше секунды. Почему же они так не сделали? Потому что это невозможно.

Ни один эксперимент пока не выявил какого-либо объекта любой природы, который двигался бы со скоростью света.

С какой бы скоростью мы бы ни перемещались, мы никогда не сможем обогнать луч света.

Человечество постоянно делает то, что поначалу выглядит невозможным. Не надо недооценивать наших инженеров и изобретателей. Когда-то люди говорили, что никогда не смогут летать. Они были убеждены, что никогда не сумеют достичь Луны или расщепить атом. Но все это теперь стало реальностью. И все же в каждом из этих случаев на пути человека не стояли незыблемые законы физики.

Добраться до Луны было трудно, но не принципиально невозможно.

Заявление «Мы никогда не сумеем обогнать луч света» – предсказание совершенно иной природы. Оно проистекает из основных, проверенных временем физических принципов. Вселенную можно представить себе уставленной знаками ограничения скорости, на которых написано:

Не превышать скорость света: это не просто хорошая идея. Это закон.

Инопланетяне, какими бы разумными и совершенными они ни были, тоже не смогут обогнать свет. И они, вероятно, знают о существовании мировых констант. Все наши научные исследования, измерения и наблюдения космоса показывают, что главные мировые постоянные, от G большого до скорости света, физические законы, которые с этими постоянными связаны, не изменяются со временем или местоположением.

Может быть, я выгляжу немного слишком самоуверенно. Ученые не знают всего. Даже приблизительно. И мы не во всем согласны друг с другом. Мы яростно спорим и ссоримся, как дети. Но, когда мы спорим, наши доводы обычно сосредоточены на концепциях и космических явлениях, которых мы почти не понимаем.

А вот когда речь заходит об универсальных физических законах, можно быть уверенными, что спор будет коротким.

Правда, так думают не все.

Несколько лет назад я собирался выпить горячего какао в кондитерской в Пасадене, в штате Калифорния. Конечно, я заказал его со взбитыми сливками. Но, когда мой какао принесли, я не заметил никаких следов сливок. Я сказал официанту, что мне в какао не положили сливок, но он объяснил, что я просто их не вижу, потому что они опустились на дно чашки.

Но у взбитых сливок маленькая плотность. Они плавают на поверхности любой жидкости, которую мы пьем, в том числе и на поверхности горячего шоколада. И где бы во Вселенной вы ни находились, субстанции малой плотности будут плавать на поверхности жидкостей большей плотности. Это универсальный закон.

Поэтому я предложил официанту два возможных объяснения того, что случилось: либо кто-то все-таки забыл добавить взбитых сливок в мой горячий какао, либо в этом ресторане универсальные законы физики не такие, как в остальном мире. Но мои объяснения его не убедили. Он принес порцию взбитых сливок, чтобы продемонстрировать свою правоту. Окунувшись пару раз в какао, взбитые сливки спокойно закачались на его поверхности.

Какие еще доказательства универсальности физических законов вам нужны?

3
Да будет свет

Однажды я повстречал Супермена. Это случилось на страницах комикса, но он был совсем как настоящий. Комикс назывался «Звездное сияние, яркая звезда», и Человек из стали ненадолго прервал свою битву со вторгшейся на Марс ордой пришельцев. Поручив продолжать сражение своим друзьям из Лиги Справедливости, он прилетел домой, на Землю, только потому, что ему захотелось увидеть одну звезду.

Вот таким, по мне, и должен быть настоящий герой.

Если вы случайно не знаете, кто такой Супермен, я вам расскажу: у него пуленепробиваемая кожа, глаза стреляют лазерным лучом, он умеет летать, и у него есть еще кое-какие впечатляющие способности. Однако еще важнее то, что он инопланетянин. Он родился на планете Криптон, а на Землю попал младенцем в космическом корабле. Звездолет приземлился на поле в Канзасе, где младенца нашли и приняли в свою семью его новые родители, Джонатан и Марта Кент. И стали они жить-поживать.

Однако, пока он летел на Землю, его родная планета Криптон погибла. В комиксах и фильмах об этом рассказывается по-разному, но в комиксе «Звездное сияние, яркая звезда» материнская звезда планеты Криптон превратилась в сверхновую. То есть эта звезда взорвалась, что сожгло родную планету Супермена дотла.

Mоим вкладом в содержание этого комикса – помимо того что я сам стал его персонажем вместе с моими усами и моим любимым жилетом с астрономическими принтами – стало определение места, где могла бы находиться родная планета Супермена в нашей Галактике. Авторы комикса обратились ко мне за помощью, и после небольшого исследования я отыскал подходящую уютную область в созвездии Вóрона, примерно в 27 световых годах от Земли. Напомню еще раз, что именно это расстояние проходит путешествующий по Вселенной световой луч за 27 лет.

Одним словом, это далеко.

Кротовые норы

Одна из великих идей Альберта Эйнштейна заключалась в том, что гравитация фактически меняет форму пространства, превращая прямые линии в кривые. Но если развить эту мысль, получается, что можно сгибать не просто линии, а целые части Вселенной и тем самым сближать удаленные области пространства друг с другом. Представим, что наша Вселенная уменьшилась до размеров бумажного листка. Если нарисовать в одном его уголке кружочек, изображающий Землю, а в другом – еще один кружок, который будет изображать планету Криптон, то самым коротким расстоянием между ними будет прямая линия. Ведь так? Конечно, в нормальных условиях это так. Но если тяготение согнет нашу плоскую Вселенную и вы сложите листок, чтобы наши два кружочка наложились друг на друга, то расстояние между ними станет гораздо меньше! Кротовая нора – Эйнштейн называл ее мостом – это что-то вроде туннеля в пространстве, который соединяет удаленные точки. Мы не знаем, существуют ли такие норы на самом деле, а если да, то можно ли перемещаться по ним в звездолете, не повредив ни единого атома вашего тела, но для писателей-фантастов никаких сомнений в этом давно уже не существует.

Когда Супермен впервые летел к Земле, его звездолет мчался быстрее света. Да, как мы только что выяснили в предыдущей главе, это невозможно. Но кто знает, может, эти сверхразумные инопланетяне научились создавать кротовые норы и путешествовать сквозь них. А значит, они мгновенно могут попасть в любую точку Вселенной.

Через кротовую нору Супермен прилетает на Землю. В этот момент его солнце взрывается и свет этого взрыва начинает свое путешествие по Вселенной со своей обычной скоростью. Супермен подрастает в своей новой земной семье, учится работать на ферме, запоминает названия столицы своего штата и других городов своей страны, постепенно узнает о своих сверхъестественных силах и способностях, а свет его взорвавшейся звезды все еще летит в просторах космоса.

Он становится взрослым, переезжает в Метрополис, который так похож на мой родной Нью-Йорк, превращается в прославленного Человека из стали – а свет все еще летит.

Он влюбляется в Лоис Лейн, но световые лучи еще в пути.

Когда он отправляется на Марс сражаться с захватчиками-пришельцами, фотоны, несущие страшную весть, уже близко. Так как родное солнце Супермена находится в 27 световых годах от Земли, а взорвалось оно сразу после его рождения, то Супермену исполняется 27 лет, как раз когда свет от взрыва сверхновой наконец достигает наших телескопов.

Именно тогда Человек из стали отправляется в планетaрий Хэйдена навестить вашего покорного слугу. В этом комиксе мне удается сделать так, что все самые мощные телескопы Земли наводятся на созвездие Ворона, чтобы поймать как можно больше видимого и невидимого излучения взорвавшейся звезды.

Это чертовски грустный момент для нашего героя. Он видит своими глазами, как его родная планета поджаривается в пламени взрыва сверхновой. Но это одновременно и великолепная иллюстрация одной из самых странных вещей в астрофизике – или даже в самой природе. Мы уже обсудили эту идею, но стоит вернуться к ней еще раз. Свету требуется время, чтобы долететь от его источника до наших телескопов. Поэтому, когда мы смотрим на что-то в телескоп, когда свет от далекого объекта попадает к нам в глаз, на самом деле мы видим этот объект таким, каким он был в прошлом, когда эти фотоны отправились в свое путешествие. И чем дальше в пространство мы смотрим, тем старше оказывается воспринимаемый нами свет и тем дальше назад во времени мы заглядываем.

Заглядывать на 27 лет назад, как сделали в комиксе мы с Суперменом, для астрофизиков вполне обычное дело. Сегодня наши телескопы и приемники позволяют нам видеть на миллиарды лет вглубь времени. Мы почти уже можем заглянуть в самое начало Вселенной. И за это мы должны поблагодарить двоих ученых, Арно Пензиаса и Роберта Уилсона, которые случайно сделали одно из величайших астрономических открытий XX века.

В 1964 году Пензиас и Уилсон работали в лаборатории «Белл Телефон», научно-исследовательском подразделении компании AT&T («Американский телефон и телеграф»), той самой компании, которая сегодня обеспечивает нас беспроводной связью и смартфонами. В главе 9 мы более подробно расскажем о том, что небо переполнено разнообразными видами световой энергии. Некоторые из них, например известные всем цвета радуги, ощутимы глазом, другие невидимы. Но все они представляют собой волны, и одним из главных различий между всеми этими видами света являются длины их волн, то есть расстояния от вершины одной волны до вершины следующей. Компания AT&T построила гигантскую рупорообразную антенну для посылки и приема радиоволн.

Ученые в лаборатории «Белл Телефон» использовали эту антенну, чтобы больше узнать о рождении Вселенной.

Пензиас и Уилсон направили свою гигантскую антенну на небо, но, куда бы они ее ни поворачивали, они принимали только один особый вид света: микроволновое излучение. Сегодня на большинстве американских кухонь есть микроволновые печи, в которых можно готовить или разогревать еду, облучая ее этими длинными невидимыми низкоэнергетическими волнами. Но откуда же все эти микроволны берутся в космосе?

Пензиас и Уилсон были озадачены.

Они принялись искать потенциальные источники микроволнового излучения и на Земле, и в космосе. Почти во всех случаях они смогли объяснить, откуда шли эти лучи. Но один микроволновой сигнал все же оставался загадочным. Куда бы двое ученых ни направляли антенну, они принимали этот сигнал. Конечно, сначала они подумали, что у них что-то не в порядке с приемником. Они заглянули внутрь антенны и нашли там голубиное гнездышко. А сама антенна была покрыта белым налетом.

Голубиным пометом.

Голубиный помет покрывал бóльшую часть антенны, которая имела вид параболической тарелки. Возможно, этим и объяснялось происхождение таинственных микроволн? Пензиас и Уилсон тщательно почистили антенну, переселили голубей на новое место и снова протестировали инструмент.

Сигнал немного уменьшился, но полностью не исчез. Дело было не только в голубях. Но объяснения таинственного явления у ученых так и не появилось.

Тем временем группа физиков из Принстонского университета во главе с Робертом Дикке узнала об их наблюдениях. Но в отличие от Пензиаса и Уилсона эти физики точно знали, откуда шел странный свет.

Причиной сигнала, который принимали Пензиас и Уилсон, был не голубиный помет.

Они открыли свет, шедший из ранней Вселенной.

После Большого взрыва Вселенная стала быстро расширяться.

Как мы уже говорили, в космосе много таинственных правил, и одно из них заключается в том, что энергию нельзя ни создать, ни уничтожить. Это правило называется законом сохранения энергии, и нарушить его невозможно. Серьезно. Вся сегодняшняя энергия нашей Вселенной существовала и во время Большого взрыва. По мере того как космос расширялся, вся эта энергия постепенно растягивалась на все увеличивающееся пространство. С каждым мгновением Вселенная становилась чуть больше, чуть холоднее и чуть темнее.

И так продолжалось 380 тысяч лет.

Если бы в те ранние времена истории Вселенной вам потребовалось посмотреть сквозь нее, как мы делаем теперь, вам бы это не удалось. Ведь вам бы понадобилось увидеть фотоны, которые проделали космическое путешествие сквозь Вселенную. Но в те времена фотоны не могли преодолеть большого расстояния. Разве с вами не случалось такого: только вы собрались выйти из дому, как кто-то из родителей останавливал вас в дверях и напоминал о чем-то несделанном по хозяйству или невыполненном домашнем задании? То же самое происходило и с фотонами. Как только они собирались отправиться в путь, их останавливали электроны. А так как фотоны не могли никуда улететь, то ничего и не было видно. Куда ни посмотри, Вселенная представляла собой что-то вроде светящегося густого тумана.

Однако, по мере того как температура падала, частицы двигались все медленнее и медленнее. И наконец электроны настолько замедлились, что их стали захватывать пролетающие мимо протоны. А как только электрон и протон соединяются вместе, получается атом.

Хорошо, и какое же все это имеет отношение к голубиному помету?

А вот какое. Теперь, когда электроны стали захватываться протонами, фотоны больше ничто не останавливало. Они получили свободу и начали беспрепятственно летать по всей Вселенной.

Пока они неслись сквозь космос, Вселенная продолжала расширяться и охлаждаться. Фотоны становились слабее и слабее. Сначала они имели достаточно энергии, чтобы их можно было видеть —

это такие же фотоны, какие действуют на наши глаза, когда мы разглядываем страницу напечатанной или электронной книги. Но, находясь в пути миллионы, а потом еще миллиарды лет, эти фотоны остыли. Их волны вытянулись, превратившись в длинные, низкоэнергетические микроволны. И все эти уставшие от долгого пути фотоны как раз и образуют то, что мы называем космическим микроволновым фоном.

Пусть вас это несколько странное научное название не сбивает с толку. И, пожалуйста, не надо воображать себе гигантскую микроволновую печку, которая носится где-то в космическом пространстве. Космический микроволновой фон – это просто свет, когда-то родившийся в ослепительно сияющей, раскаленной ранней Вселенной.

Именно это излучение и принимала антенна Пензиаса и Уилсона.

Георгий Гамов

Георгий Гамов был не только крупным космологом, но и талантливым учителем. Одна из его студенток, Вера Рубин, сделала важные открытия, исследуя темную материю, таинственную субстанцию, удерживающую вместе далекие друг от друга галактики. Гамов даже писал книги для детей. В одной из них действует персонаж по имени мистер Томпкинс, который то и дело ввязывается в странные научные приключения. Как-то раз мистер Томпкинс превратился в электрон и, как случалось с частицами нашей ранней Вселенной, аннигилировал, превратился в свет, повстречавшись со своим двойником-античастицей – позитроном. Жесткая концовка.

Они видели Вселенную, какой она была почти четырнадцать миллиардов лет назад.

За несколько десятилетий до этого существование космического микроволнового фона предсказал американский физик российского происхождения Георгий Гамов. Поэтому, когда Дикке и его коллеги в Принстоне узнали о странном сигнале, принятом Пензиасом и Уилсоном, они сразу поняли, что это такое. Они ведь сами долго искали доказательства существования космического микроволнового фона. Все сходилось, в том числе и то, что сигнал приходил со всех направлений на небе.

Было ли это справедливо?

Роберт Дикке, ученый, который помог Пензиасу и Уилсону понять, что именно они увидели в свой телескоп, премии не получил. Это может показаться несправедливым. Но дело в том, что Нобелевская премия обычно присуждается именно за какое-то открытие. Если в этом открытии участвует теоретик – человек, который объясняет, что именно наблюдается, или указывает наблюдателям, что им надо искать, то он или она могут тоже получить премию наряду с наблюдателями. В данном случае, однако, Пензиас и Уилсон первыми обнаружили космический микроволновой фон, и премия была присуждена только им.

Спустя десять с чем-то лет, в 1978 году, за открытие космического микроволнового фона Пензиас и Уилсон были удостоены высочайшей научной награды – Нобелевской премии.

А откуда мы знаем, что все, что мы сказали о космическом микроволновом фоне, – правда?

Встанем на точку зрения инопланетянина. Не забудьте, что свету требуется время, чтобы долететь до нас из глубин Вселенной. Если мы заглядываем далеко в пространство, то на деле мы видим далекое прошлое. Поэтому, если разумные обитатели далекой-далекой галактики захотят измерить температуру космического микроволнового фона непосредственно перед тем, как эти фотоны отправятся в свой полет к нашим телескопам, они получат немного более высокие значения, чем те, которые измерим мы, – ведь они живут в более молодой Вселенной, меньшего размера и более горячей.

Сейчас вы сами сможете проверить, так ли это.

Молекула циана возбуждается вследствие облучения микроволнами. Когда я говорю «молекула возбуждается», я имею в виду, что электроны в ее атомах переходят на более высокие орбиты вокруг ядра. Но если вам больше нравится представлять себе, что молекулы танцуют, то так и быть. Более «теплые» микроволны возбуждают циан немного сильнее, чем «холодные». Астрофизики сравнили циан, который мы видим в нашей галактике Млечный путь, с цианом в далеких и более молодых галактиках. В молодых галактиках циан облучается более теплыми микроволнами, поэтому он должен быть возбужден сильнее. Именно это мы и наблюдаем.

И никакая подделка здесь невозможна.

Какой все это представляет интерес? Таким образом мы получаем все более полную картину того, как формировалась Вселенная. Со времен Пензиаса и Уилсона астрофизики использовали все более чувствительные инструменты для построения подробной карты космического микроволнового фона. Эта карта не вполне однородна. На ней есть пятна, которые чуть теплее и чуть холоднее среднего. Изучая эти температурные различия, эти пупырышки на карте, мы можем представить себе, как выглядела ранняя Вселенная и где именно вещество начало скапливаться.

Мы можем узнать, где и когда стали формироваться первые галактики.

Существование космического микроволнового фона подтверждает, что мы правильно понимаем, как образовывалась и расширялась Вселенная. Но космический микроволновой фон свидетельствует еще и о том, что бóльшая часть Вселенной состоит из чего-то, чего мы совершенно не понимаем. Об этой загадочной субстанции – вернее, двух – мы поговорим в главах 5 и 6.

Берегись, читатель. В нашей истории скоро будет темно.