Текст книги "Космос. Эволюция Вселенной, жизни и цивилизации"

Глава X
Край вечности

Вот вещь, в хаосе возникающая, прежде неба и земли родившаяся! О беззвучная! О лишенная формы! Одиноко стоит она и не изменяется. Повсюду действует и не имеет преград. Ее можно считать матерью Поднебесной! Я не знаю ее имени. Обозначая иероглифом, назову ее Дао. Произвольно давая ей имя, назову ее великое. Великое – оно в бесконечном движении. Находящееся в бесконечном движении не достигает предела. Не достигая предела, оно возвращается [к своему истоку][190]190
  Цит. по: Древнекитайская философия / Пер. с древнекит.: В 2 т. М., 1972.


[Закрыть].

Лао-цзы. Дао дэ цзин. Китай. Около 600 г. до н. э.

 
Есть дорога в выси, на ясном зримая небе;
Млечным зовется Путем, своей белизною заметна.
То для всевышних богов – дорога под кров Громовержца,
В царский Юпитера дом.
‹…›
Встали пенаты богов-небожителей, властию славных.
Это-то место – когда б в выражениях был я смелее –
Я бы назвал, не боясь, Палатином великого неба[191]191
  Перевод С. Шервинского.


[Закрыть].
 

Овидий. Метаморфозы. Рим. I в. н. э.

Некоторые глупцы заявляют, что мир создан Творцом.

Доктрина, согласно которой мир был сотворен, противоречит здравому смыслу и должна быть отвергнута.

Если Бог создал мир, то где Он был до творения?..

Как мог Бог сотворить мир без всякого исходного материала? Если сказать: Он сначала создал материал, а потом мир, то мы приходим к бесконечной регрессии…

Знайте, что мир, как и само время, является несотворенным, не имеющим ни начала, ни конца. И это лежит в его основе.

Махапурана. Индия

Десять или двадцать миллиардов лет назад случилось удивительное событие – Большой взрыв, с которого началась наша Вселенная. Почему он произошел – величайшая из всех загадок. Но вот что случилось, мы знаем довольно хорошо. Вся материя и энергия Вселенной были сжаты до невероятно высокой плотности – в космическое яйцо, вроде тех, о которых упоминают многие мифы о творении; возможно, в математическую точку, вовсе лишенную размеров. Не то чтобы все вещество и энергия были втиснуты в какой-то уголок нынешней Вселенной, нет; скорее вся Вселенная – материя, энергия и пространство, которое они заполняли, – умещалась в очень малом объеме. В ней было очень немного места для событий.

Колоссальный космический взрыв положил начало расширению Вселенной, которое с тех пор никогда не прекращалось. Ошибочно описывать расширение Вселенной через аналогию с раздувающимся пузырем, наблюдаемым извне. По определению снаружи не могло находиться ничего из того, что мы знаем. Лучше представлять этот процесс изнутри, например воображая линии координатной сетки, приклеенные к движущейся ткани пространства, которое однородно расширяется во всех направлениях. По мере растяжения пространства вещество и энергия расширяющейся Вселенной стремительно остывали. Излучение космического взрыва, которое, как тогда, так и сейчас, заполняет Вселенную, смещалось по спектру от гамма-лучей к рентгену и ультрафиолету, а затем через радугу цветов видимого спектра в инфракрасную часть спектра и радиодиапазон[192]192
  В наше время максимум этого излучения приходится на длину волны около 2 мм (частота 160 ГГц), что соответствует микроволновому диапазону. В русскоязычной литературе с подачи И. С. Шкловского это излучение принято называть реликтовым, тогда как в мире более распространен термин космический микроволновый фон. – Пер.


[Закрыть]. Порожденное Большим взрывом фоновое космическое излучение, приходящее к нам со всех сторон, регистрируется современными радиотелескопами. В ранней Вселенной пространство было очень ярко освещено. С течением времени ткань пространства продолжала расширяться, излучение охлаждалось, и в какой-то момент в обычном видимом диапазоне космос стал темным, как теперь.

Молодая Вселенная была заполнена излучением и веществом – первоначально водородом и гелием, которые образовались из элементарных частиц плотного первичного огненного сгустка. Если бы в то время кто-то мог обозреть Вселенную, его взгляду было бы не за что зацепиться. Потом в газе появились небольшие сгущения, едва заметные неоднородности, которые начали расти. Стали формироваться волокна громадной паутины газовых облаков, скопления огромных, неповоротливых, медленно вращающихся объектов, яркость которых постоянно возрастала и каждое из которых оказалось в итоге состоящим из сотен миллиардов светящихся точек. Появились крупнейшие из известных образований во Вселенной. Мы видим их и сегодня. Мы обитаем в затерянном уголке одного из них. Они зовутся галактиками[193]193
  Строго говоря, галактики не являются крупнейшими известными образованиями во Вселенной. Астрономы называют по крайней мере еще два вышестоящих уровня организации материи: скопления и сверхскопления галактик, характерные размеры которых составляют порядка десяти и более ста миллионов световых лет соответственно. Одно из крупнейших сверхскоплений галактик открыто в конце 2000 г. Оно простирается на 600 млн световых лет и удалено от нас на 6,5 млрд световых лет. Несмотря на огромность дистанции – чуть меньше половины расстояния до горизонта Вселенной, – сверхскопление занимает на небе площадь 2×5°, что в 40 раз больше площади полной Луны. – Пер.


[Закрыть].

По прошествии около миллиарда лет после Большого взрыва распределение вещества во Вселенной сделалось немного комковатым, оттого, возможно, что сам Большой взрыв не был идеально однородным. Плотность вещества в комках оказалась немного выше, чем в других местах. Их гравитация притягивала большое количество окружающего газа, растущих облаков водорода и гелия, которым было суждено стать скоплениями галактик. Очень небольших начальных неоднородностей хватило для формирования весьма крупных сгущений вещества.

По мере продолжения гравитационного коллапса зародыши галактик вращались все быстрее, подчиняясь закону сохранения углового момента. Некоторые из них сплющивались по оси вращения, вдоль которой центробежная сила не уравновешивала гравитацию. Они стали первыми спиральными галактиками, огромными шутихами в открытом космосе. Другие протогалактики с более слабой гравитацией или меньшим начальным моментом импульса сплющились очень незначительно и стали первыми эллиптическими галактиками. По всей Вселенной галактики настолько похожи друг на друга, будто сделаны по одному шаблону, потому что простые законы природы – всемирное тяготение и сохранение углового момента – действуют во всем мировом пространстве. Та же физика, которая в земном микрокосме определяет движение падающего тела или вираж конькобежца, создает галактики в макрокосме Вселенной.

В нарождающихся галактиках облака гораздо меньшего размера также переживали гравитационный коллапс; температура внутри них возрастала, начинались термоядерные реакции и вспыхивали первые звезды. Горячие массивные молодые звезды, беззаботно расточая запасы водородного топлива, быстро эволюционировали и вскоре заканчивали свою жизнь в великолепных вспышках сверхновых, возвращая термоядерный пепел – гелий, углерод, кислород и более тяжелые элементы – в состав межзвездного газа, из которого появлялись новые поколения звезд. Первые массивные звезды, вспыхивая сверхновыми, порождали череду накладывающихся друг на друга ударных волн в окружающем газе, сжимая межгалактическую среду и ускоряя образование скоплений галактик. Гравитация не упускает случая усиливать даже незначительные конденсации вещества. Ударные волны сверхновых могли увеличить интенсивность аккреции вещества в любом масштабе. Началась эпопея космической эволюции, породившая из газа, оставшегося после Большого взрыва, иерархию конденсаций материи: скопления галактик, галактики, звезды, планеты и, наконец, жизнь и разум, способный в общих чертах понять тот изящный процесс, который привел к его возникновению.

Сегодняшняя Вселенная заполнена скоплениями галактик. Некоторые из них совсем не велики, всего-то несколько десятков галактик. Так называемая Местная Группа включает только две большие галактики, обе спиральные – Млечный Путь и M31. Другие скопления содержат несметные орды из тысяч галактик, связанных взаимными гравитационными узами. По некоторым признакам скопление в созвездии Девы содержит десятки тысяч галактик.

Если обратиться к крупному масштабу, то мы живем во Вселенной галактик, которая, вероятно, содержит сотни миллиардов изысканных образцов космического созидания и разрушения, в равной мере обнаруживающих и порядок, и хаос. Это обычные спирали, под разными углами повернутые к лучу нашего зрения (некоторые плашмя, так что нам видны спиральные рукава, другие ребром, демонстрируя центральную полосу газа и пыли, где эти рукава формируются); пересеченные спирали, в которых через центр проходит поток газа, пыли и звезд, соединяющий спиральные рукава с противоположных сторон; огромные, величественные эллиптические галактики, содержащие более триллиона звезд и выросшие до таких размеров за счет поглощения других галактик и слияния с ними; изобилие карликовых эллиптических галактик – галактической мошки, где насчитывается каких-то несколько миллионов солнц; поразительное разнообразие загадочных неправильных форм, указывающих, что и в мире галактик случаются какие-то зловещие нарушения; галактики, обращающиеся одна вокруг другой столь близко, что их края изгибаются под действием взаимного тяготения, а иногда возникают вытянутые гравитацией длинные выбросы из газа и звезд, мосты между галактиками.

В некоторых скоплениях галактики подчиняются незатейливой сферической геометрии; здесь встречаются преимущественно эллиптические галактики, среди которых часто доминирует одна гигантская эллиптическая – предположительно галактический каннибал. Другие скопления, чья геометрия гораздо более беспорядочна, содержат значительно больше спиральных и неправильных галактик. Столкновения галактик искажают форму изначально сферического скопления и могут также привести к образованию спиральных и неправильных галактик из эллиптических. Форма и распространенность различных галактик способны поведать историю древних событий, происходивших в самом большом из возможных масштабов, историю, которую мы только начали читать.

Развитие высокопроизводительных компьютеров сделало возможным численное моделирование совокупного движения тысяч и десятков тысяч точек, каждая из которых представляет собой звезду, находящуюся под воздействием тяготения всех остальных точек. В некоторых случаях спиральные рукава самопроизвольно образуются в галактике, которая уже сплющилась в диск. Изредка они могут появиться в результате гравитационного взаимодействия двух сблизившихся галактик, каждая из которых содержит миллиарды звезд. Облака газа и пыли, рассеянные в таких галактиках, сталкиваются и нагреваются. Но звезды двух сталкивающихся галактик без труда избегают столкновения, как пули, пролетающие сквозь пчелиный рой, поскольку галактики в основном состоят из пустоты и звезды разделены огромными пустыми пространствами. Тем не менее форма галактик может очень сильно исказиться. Прямое столкновение способно опустошить галактики, разбросав составляющие их звезды по межгалактическому пространству. Когда небольшая галактика пролетает перпендикулярно через центр более крупной, возможно образование редкой и самой восхитительной среди неправильных галактик – кольца́ поперечником тысячи световых лет, брошенного на бархате межгалактического пространства. Это своего рода всплеск в галактическом водоеме, временная конфигурация потревоженных звезд, галактика, у которой вырвана центральная часть.

Бесформенные кляксы неправильных галактик, рукава спиральных галактик, бублики кольцевых существуют лишь в течение нескольких кадров космического кино, а затем рассеиваются, часто с тем чтобы вскоре образоваться вновь. Наше восприятие галактик как скучных неподвижных объектов ошибочно. Это текучие образования из сотен миллиардов звездных компонентов. Подобно человеческому телу, состоящему из 100 триллионов клеток, галактики находятся в динамическом равновесии между синтезом и распадом и представляют собой нечто большее, нежели сумму их частей.

Среди галактик высок уровень самоубийств. Ближайшие примеры тому можно найти на расстоянии десятков или сотен миллионов световых лет. Это мощные источники рентгеновского, инфракрасного и радиоизлучения, чьи ядра имеют огромную светимость, испытывающую колебания в масштабе нескольких недель. У некоторых обнаруживаются направленные потоки излучения, выбросы протяженностью в тысячи световых лет, пылевые диски и другие признаки смятения. Это саморазрушающиеся галактики. В ядрах таких гигантских эллиптических галактик, как NGC 6251 и M87, возможно, находятся черные дыры массой от миллионов до миллиардов масс Солнца. Внутри M87 гудит нечто очень массивное, чрезвычайно плотное и крайне маленькое – размером меньше Солнечной системы. Отсюда и был сделан вывод о черной дыре. В миллиардах световых лет от нас есть еще более беспокойные объекты – квазары, которые могут представлять собой колоссальные взрывы молодых галактик, самые катастрофические события в истории Вселенной после Большого взрыва.

Слово quasar (квазар) является аббревиатурой английского словосочетания quasi-stellar radio source (квазизвездный радиоисточник). Когда стало ясно, что не все из них в действительности мощные источники радиоизлучения, их стали обозначать QSO (quasi-stellar objects – квазизвездные объекты). Поскольку внешне они похожи на звезды, то первоначально их и считали звездами, находящимися в нашей Галактике. Однако спектроскопические измерения их красных смещений (см. далее) указывают на колоссальную удаленность. Похоже, что они в полной мере участвуют в расширении Вселенной, а некоторые из них удаляются от нас со скоростью более 90 процентов скорости света. Чтобы оставаться видимыми на таком большом расстоянии, они должны обладать чрезвычайно высокой светимостью; есть среди них такие, мощность которых соответствует тысяче одновременно вспыхнувших сверхновых. Так же, как и в случае с объектом Лебедь X-1, их быстрые флуктуации указывают на то, что все их невероятно мощное излучение исходит из очень маленького объема, по размерам уступающего Солнечной системе. Столь высоким энерговыделением квазар должен быть обязан какому-то удивительному процессу. Среди предлагавшихся объяснений: 1) квазары – это гигантские пульсары, то есть быстро вращающиеся сверхмассивные ядра с вмороженным в них сильным магнитным полем; 2) квазары обязаны своим появлением тому, что среди миллионов звезд, плотно упакованных в ядре галактики, происходят многочисленные столкновения, которые срывают внешние слои и обнажают разогретые до миллиардов градусов недра массивных звезд; 3) связанная с предыдущей идея о том, что квазары – это галактики, в которых звезды располагаются столь тесно, что когда одна из них вспыхивает как сверхновая, то она сдувает с соседних внешние слои, превращая их в сверхновые и вызывая что-то вроде звездной цепной реакции; 4) энергетика квазаров обеспечивается разрушительной аннигиляцией вещества с антивеществом, которое каким-то образом сохранилось в квазарах до наших дней; 5) квазары излучают за счет энергии, высвобождаемой, когда газ, пыль и звезды засасываются в ядре галактики в огромную черную дыру, которая сама образовалась в результате столкновений и слияний черных дыр меньшего размера; 6) квазары – это «белые дыры», обратная сторона черных дыр, через которые выбрасывается материя, затянутая многочисленными черными дырами в других частях Вселенной и даже в других вселенных[194]194
  На сегодня абсолютное большинство астрономов придерживается пятой из перечисленных гипотез. – Пер.


[Закрыть].

Изучая квазары, мы столкнулись с трудноразрешимыми загадками. Но что бы ни было причиной взрывов, одна вещь кажется ясной: столь бурные процессы должны вызывать неописуемые разрушения. Каждый взрыв квазара, возможно, уничтожает миллионы миров, в том числе таких, где есть жизнь и разум, способный понять, что происходит. Изучение галактик открывает универсальный порядок и красоту. Но оно также показывает хаотическое буйство в масштабах, каких мы и вообразить не могли. То, что мы живем во Вселенной, которая допускает жизнь, достойно удивления. Но не менее удивительно другое: мы живем во Вселенной, которая уничтожает галактики, звезды, планеты. Вселенная, похоже, не благосклонна и не враждебна, а попросту безразлична к ничтожным созданиям вроде нас.

Даже такие благонравные галактики, как наш Млечный Путь, проявляют активность и выкидывают коленца. Радионаблюдения показывают, что два громадных облака водорода, каких хватило бы на создание миллионов солнц, выбрасываются из ядра Галактики, как будто там время от времени возникает некий взрывной процесс.

Орбитальные астрономические обсерватории обнаружили, что ядро Галактики является мощным источником гамма-излучения на частоте определенной спектральной линии, которая согласуется с представлением о скрытой там массивной черной дыре. Галактики, подобные Млечному Пути, могут воплощать собой период спокойной зрелости в непрерывной эволюционной последовательности, включающей и бурную юность – квазары и взрывающиеся галактики. Поскольку квазары очень далеки от нас, мы наблюдаем их в период молодости, какими они были миллиарды лет назад.

Звезды Млечного Пути движутся в величественном порядке. Шаровые скопления ныряют сквозь галактическую плоскость и выходят с противоположной стороны, где замедляют свой ход, поворачивают и устремляются обратно. Если бы мы могли проследить за движением отдельных звезд вблизи галактической плоскости, то увидели бы, что оно напоминает подпрыгивание воздушной кукурузы. Мы никогда не видели, чтобы галактики существенно изменяли форму, но лишь потому, что это занимает слишком много времени. Млечный Путь совершает один оборот за четверть миллиарда лет. Сумей мы ускорить вращение, то убедились бы, что наша Галактика – динамичная, почти живая сущность, чем-то напоминающая многоклеточный организм. Астрономический снимок любой галактики – это лишь стоп-кадр, фиксирующий один момент ее медленного движения и эволюции[195]195
  Это не совсем точно. Ближний край галактики на десятки тысяч световых лет ближе к нам, чем дальний; поэтому ближние части галактики мы видим такими, какими они стали на десятки тысяч лет позже, чем дальние. Однако типичные явления, связанные с динамикой галактик, занимают десятки миллионов лет, так что, назвав снимки галактик моментальными, мы допустили лишь незначительную ошибку. – Авт.


[Закрыть]. Внутренняя часть Галактики вращается как твердое тело. Но за ее пределами внешние области вращаются все медленнее и медленнее, подобно планетам, которые в своем движении вокруг Солнца подчиняются третьему закону Кеплера. Рукава стремятся все более тугой спиралью закрутиться вокруг ядра, в спиральном узоре скапливаются газ и пыль, их плотность растет, в результате здесь начинается образование молодых звезд, которые и очерчивают спиральный рисунок. Эти звезды светят около десяти миллионов лет, что составляет всего пять процентов от периода вращения Галактики. Но по мере того как звезды, очерчивающие спиральный рукав, сгорают, вслед за ними формируются новые светила и связанные с ними туманности, сохраняя неизменным спиральный рисунок. Звезды, оконтуривающие рукава, не переживают даже одного оборота Галактики; устойчив только спиральный узор.

Скорость движения любой звезды вокруг центра Галактики обычно не совпадает со скоростью движения спирального узора. Солнце многократно пересекало спиральные рукава за те двадцать витков вокруг Галактики, что оно совершило, двигаясь по своей орбите со скоростью 200 километров в секунду (примерно 700 тысяч километров в час). В среднем Солнце с планетами проводит сорок миллионов лет внутри спирального рукава, затем восемьдесят миллионов вовне, затем еще сорок миллионов внутри следующего и т. д. Спиральные рукава – это области, где поспевает новый урожай звезд, но где далеко не всегда обнаруживаются такие зрелые светила, как Солнце. В настоящее время мы живем между спиральными рукавами.

Периодические прохождения Солнечной системы через спиральные рукава вполне могут иметь важные для нас последствия. Около десяти миллионов лет назад Солнце покинуло так называемый пояс Гоулда[196]196
  В середине XIX в. некоторые астрономы обратили внимание на то, что яркие звезды так распределены вдоль Млечного Пути, что образуют полосу, наклоненную к нему примерно на 20°. В 1879 г. аргентинский астроном Гоулд (Gould) детально исследовал эту звездную подсистему, которая получила название пояс Гоулда. – Пер.


[Закрыть] в спиральном рукаве Ориона, который сейчас удален от нас на расстояние менее тысячи световых лет. (Внутри рукава Ориона находится рукав Стрельца, а снаружи – рукав Персея.) Когда Солнце проходит через спиральный рукав, возрастает вероятность погружения его в газовые туманности или межзвездные пылевые облака и встречи с объектами субзвездной массы. Выдвигалось предположение, будто крупнейшие ледниковые периоды, повторяющиеся на нашей планете примерно каждые сто миллионов лет, могут быть связаны с тем, что между Солнцем и Землей оказывалось межзвездное вещество. У. Непьер и С. Клуб высказали предположение, что многие спутники, астероиды, кометы и вещество колец вокруг планет Солнечной системы свободно перемещались в межзвездном пространстве, пока не были захвачены Солнцем, проходящим сквозь спиральный рукав Ориона. Это интересная идея, хотя, по всей видимости, маловероятная. Тем не менее она поддается проверке. Все, что нам нужно сделать, – добыть образец, скажем с Фобоса или с кометы, и проверить изотопный состав магния. Относительная распространенность изотопов магния (у всех них одинаковое количество протонов, но различное число нейтронов) зависит от последовательности событий звездного нуклеосинтеза, включая моменты взрывов близких сверхновых, каждый из которых порождает свой особый изотопный состав магния. В другом районе Галактики события разворачивались в иной последовательности, что должно было привести к иному соотношению изотопов магния.

Большой взрыв и разбегание галактик были открыты благодаря хорошо известному явлению, называемому эффектом Доплера. Мы знакомы с ним из физики звука. Мимо нас с гудением проносится автомобиль. Внутри него водитель слышит постоянный звук с фиксированной высотой тона. А мы снаружи улавливаем характерное изменение в тональности гудка. Для нас звук меняется с высокого на низкий. Гоночная машина, покрывающая 200 километров в час, достигает почти одной шестой скорости звука. Звук – это последовательность волн в воздухе: гребень, впадина, гребень, впадина. Чем ближе друг к другу волны, тем больше частота или высота звука; чем дальше они, тем ниже тональность. Если автомобиль удаляется от нас, он растягивает звуковые волны, смещая их с нашей точки зрения в сторону низких частот и порождая всем нам хорошо знакомый характерный звук. Когда автомобиль к нам приближается, звуковые волны сжимаются, частота возрастает, и мы слышим пронзительный высокий сигнал. Зная нормальную частоту сигнала, издаваемого гудком неподвижного автомобиля, мы можем даже с завязанными глазами определить скорость автомобиля по изменению тональности гудка.

Свет – это тоже волна. Только в отличие от звука он прекрасно распространяется в вакууме. Эффект Доплера действует и в отношении света. Если бы по какой-то причине вместо звука автомобиль испускал бы вперед и назад лучи чистого желтого света, то частота излучения немного увеличивалась бы, когда автомобиль приближался, и немного уменьшалась бы при его удалении. При обычных скоростях этот эффект совершенно незаметен. Однако разгонись автомобиль до скорости, составляющей заметную часть скорости света, мы увидели бы, как цвет огней приближающейся машины смещается в сторону высоких частот, то есть к синей части спектра, а удаляющейся – в сторону более низких частот, то есть к красному концу спектра. У объекта, приближающегося с очень высокой скоростью, цвета спектральных линий выглядят смещенными в голубую сторону. Спектральные линии объекта, уносящегося с очень высокой скоростью, испытывают красное смещение[197]197
  Сам объект может быть любого цвета, даже голубого. Красное смещение выражается в том, что каждая спектральная линия выглядит так, будто имеет бо́льшую длину волны, чем в спектре покоящегося объекта; величина красного смещения пропорциональна длине волны спектральной линии, измеренной, когда объект находится в покое, и скорости его движения. – Авт.


[Закрыть]. Красное смещение, наблюдаемое в спектрах далеких галактик и интерпретируемое как эффект Доплера, – это ключевой момент космологии.

В начале XX века строился крупнейший в мире телескоп, предназначенный для определения красных смещений далеких галактик. Строительство велось на горе Маунт-Вилсон, которая возвышалась над тогда еще чистым небом Лос-Анджелеса. Огромные детали телескопа приходилось затаскивать на вершину горы – делали это упряжки мулов. Молодой погонщик по имени Милтон Хьюмасон помогал доставлять на гору механическое и оптическое оборудование, а также ученых, инженеров и важных чинов. Он управлял колонной мулов, сидя верхом на лошади, а у него за спиной, положив передние лапы ему на плечи, все время стоял белый терьер. Хьюмасон был разнорабочим, из тех, что вечно жевали и сплевывали табак, картежником, завсегдатаем бильярдных и, как говорили в то время, дамским угодником. В школе он отучился всего восемь классов, но был сметлив, любознателен и очень заинтересовался оборудованием, которое с таким трудом переправлял на высоту. Хьюмасон водил компанию с дочерью одного из инженеров обсерватории, которому пришлась не по душе эта дружба с молодым человеком, чьи амбиции не шли дальше работы погонщиком мулов. Хьюмасон стал браться в обсерватории за любую работу: он служил помощником электрика, сторожем, мыл полы под куполом телескопа, в строительстве которого участвовал. Рассказывают, что однажды вечером ассистент, управлявший телескопом, заболел и Хьюмасона спросили, не сможет ли он заменить захворавшего. Милтон продемонстрировал такое мастерство и аккуратность в работе с инструментом, что вскоре стал постоянным оператором телескопа и помощником наблюдателей.

После Первой мировой войны на Маунт-Вилсон приехал Эдвин Хаббл, которому вскоре предстояло прославиться. Человек блестящий, светский, привыкший вращаться не только в кругу астрономов и говорящий с английским акцентом, который он приобрел в Оксфорде, где провел год как стипендиат Родса. Именно Хаббл окончательно доказал, что спиральные туманности в действительности являются «островными вселенными», далекими скоплениями огромного количества звезд, подобными нашему Млечному Пути; он придумал, где найти эталонную звездную свечу, необходимую для измерения расстояния до других галактик. Хаббл и Хьюмасон мастерски справились с задачей – эти двое хоть и казались странной парой, но с телескопом работали слаженно. Вслед за астрономом В. М. Слайфером из Лоуэлловской обсерватории они начали измерять спектры далеких галактик. Скоро стало ясно, что Хьюмасону удается получать высококачественные спектры галактик лучше, чем любому профессиональному астроному в мире. Он стал штатным сотрудником обсерватории Маунт-Вилсон, изучил научную подоплеку своей работы и заслуженно пользовался уважением астрономического сообщества.

Свет галактики представляет собой совокупное излучение миллиардов составляющих ее звезд. Когда свет покидает звезду, некоторые частоты, то есть цвета, поглощаются атомами в ее внешних слоях. Образующиеся линии позволяют нам утверждать, что звезды в миллионах световых лет от нас состоят из тех же химических элементов, что наше Солнце и соседние звезды. К своему удивлению, Хьюмасон и Хаббл обнаружили, что спектры всех далеких галактик смещены в красную сторону, но что еще удивительнее – смещены тем больше, чем дальше от нас находится галактика.

Наиболее очевидным объяснением красного смещения был эффект Доплера: галактики удаляются от нас; чем дальше находится галактика, тем выше скорость ее удаления. Но почему галактики разбегаются именно от нас? Неужели есть что-то особенное в нашем местоположении во Вселенной, как будто Млечный Путь чем-то провинился перед сообществом галактик? По всей видимости, гораздо более вероятно, что сама Вселенная расширяется, унося с собой галактики. Хьюмасон и Хаббл, как со временем стало ясно, открыли Большой взрыв – если не происхождение Вселенной, то, по крайней мере, ее последнее воплощение.

Практически все в современной космологии – особенно представление о расширяющейся Вселенной и Большом взрыве – основано на идее, что красные смещения далеких галактик связаны с эффектом Доплера и вызваны удалением галактик от нас. Но в природе существуют и другие причины красного смещения, например гравитация: красное смещение наблюдается, когда свет, покидающий сильное гравитационное поле, с таким трудом преодолевает действие сил тяготения, что теряет в ходе движения энергию. Далеким наблюдателем это воспринимается как смещение ускользнувшего из пут гравитации света в длинноволновую часть спектра, то есть в сторону красного цвета. Поскольку мы считаем, что в центрах некоторых галактик могут скрываться массивные черные дыры, это способно послужить вполне приемлемым объяснением красных смещений. Однако некоторые наблюдаемые спектральные линии нередко указывают на очень разреженный диффузный газ, а вовсе не на предельно высокую плотность, которая должна преобладать в окрестностях черных дыр. А может быть, красное смещение хотя и объясняется доплеровским эффектом, но вызвано не общим расширением Вселенной, а не столь масштабным местным галактическим взрывом. Но тогда нам следовало бы ожидать приближения такого же количества осколков взрыва, какое удаляется от нас, а значит, голубых смещений должно быть столько же, сколько красных. В действительности же, на какой бы объект за пределами Местной Группы мы ни направили телескоп, наблюдаются почти исключительно красные смещения.

Тем не менее некоторых астрономов преследует подозрение, что не все так гладко с выводом о расширении Вселенной, сделанным исходя из доплеровской природы красного смещения галактик. Астроном Халтон Арп обнаружил загадочные и настораживающие приметы того, как галактика и квазар или пара галактик, которые выглядели физически связанными, имели существенно различающиеся красные смещения. Иногда казалось, что их соединяет мост из газа, пыли и звезд. Если красное смещение вызвано расширением Вселенной, то из большой разницы красных смещений следует большая разница расстояний до галактик. Но две физически связанные галактики вряд ли могут быть столь сильно удалены друг от друга – в некоторых случаях на миллиарды световых лет. Скептики утверждают, что эти ассоциации имеют статистический характер, что, например, близкая к нам яркая галактика и намного более удаленный квазар с сильно различающимися красными смещениями и скоростями удаления лишь случайно оказались расположенными на одном луче зрения, а в действительности физически не связаны. Такие случайные наложения должны встречаться с некоторой вероятностью. В центре дебатов был вопрос, не превышает ли число таких совпадений величины, которой следовало бы ожидать по статистике. Арп указывает и на другие случаи, когда по бокам галактики с малым красным смещением располагаются два квазара с большим и почти одинаковым красным смещением. Он считает, что квазары не удалены на космологические расстояния, а выброшены в противоположные стороны той самой галактикой, с которой они соседствуют, и что красные смещения вызваны каким-то пока неизвестным механизмом. Скептики вновь говорят о случайном совпадении и традиционной интерпретации красного смещения по Хабблу – Хьюмасону. Если прав Арп, то отпадает необходимость изыскивать экзотические механизмы на роль источника энергии далеких квазаров – цепные реакции сверхновых, сверхмассивные черные дыры и т. п. Ведь квазарам в таком случае вовсе не обязательно быть далекими. Но зато понадобится другой необычный механизм для объяснения природы их красного смещения. В обоих случаях в глубинах космоса происходит нечто очень странное[198]198
  Сегодня описанные случаи вполне убедительно объясняются механизмом гравитационного линзирования. Гравитационное поле галактики может искривлять траекторию лучей света, идущих от далекого квазара, вызывая появление нескольких изображений, линий, дуг и другие оптические эффекты. Гравитационные линзы способны концентрировать и тем самым усиливать свет очень далеких галактик. В результате рядом с умеренно удаленной галактикой-линзой появляется искаженное изображение галактики с большим красным смещением, создавая впечатление, что они находятся в физическом контакте друг с другом. После обнаружения гравитационных линз аргументов против доплеровской природы красного смещения квазаров практически не осталось. – Пер.


[Закрыть].

Видимое удаление галактик при доплеровской интерпретации красного смещения – это не единственное доказательство Большого взрыва. Независимым и очень убедительным подтверждением служит чернотельное фоновое космическое излучение – постоянный слабый фон радиоволн, приходящих к нам из космоса совершенно однородно со всех сторон. Интенсивность этого фона в точности такова, какой следует ожидать в нашу эпоху от заметно ослабшего излучения Большого взрыва. Но и здесь есть нечто загадочное. Наблюдения с использованием чувствительной радиоантенны, поднятой в верхние слои атмосферы на борту самолета U-2, показали в первом приближении, что интенсивность фонового излучения соответствует почти идеально однородному расширению Вселенной в момент Большого взрыва, то есть в миг своего рождения Вселенная обладала очень высокой степенью симметрии. Однако более точные исследования выявили, что симметрия фонового излучения неидеальна. В его распределении обнаруживается систематический эффект, который можно объяснить движением всего Млечного Пути (и предположительно других членов Местной Группы) в направлении скопления галактик в Деве со скоростью более двух миллионов километров в час (600 километров в секунду). С такой скоростью мы достигнем скопления через десять миллиардов лет, и тогда заниматься внегалактической астрономией станет намного проще. Скопление в Деве – это богатейшее собрание галактик, спиральных, эллиптических и неправильных, – настоящая небесная сокровищница. Но по какой причине мы так спешим к нему? Джордж Смут с коллегами, которые проводили эти высотные наблюдения, предполагают, что Млечный Путь гравитационно связан с центром скопления в Деве, что скопление содержит намного больше галактик, чем до сих пор обнаружено, и, что самое поразительное, имеет колоссальный размер, достигающий в поперечнике одного или двух миллиардов световых лет.