Одним словом, это далеко.
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 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.