Космос

Наступит время, когда тщательные и продолжительные исследования прольют свет на вещи, пока скрытые от нас. Одной жизни, пусть даже полностью посвященной небу, недостаточно для изучения столь обширного предмета <...> Это знание будет открыто лишь по прошествии многих веков. И настанет пора, когда наши потомки удивятся тому, что мы не знали вещей, совершенно очевидных для них <...> Многие открытия отложены на будущие столетия, когда память о нас сотрется. Наш мир окажется жалким недоразумением, если каждому веку в нем не найдется что исследовать <...> Природа не раскрывает свои тайны сразу и навсегда.

Сенека. Естественные вопросы. Книга 7.

Обычные крупнокалиберные бомбы Второй мировой войны называли блокбастерами. Они несли двадцать тонн тринитротолуола и могли разрушить целый городской квартал. Общая масса бомб, сброшенных за время Второй мировой войны на все города — Ковентри и Роттердам, Дрезден и Токио — составляет два миллиона тонн, две мегатонны тринитротолуола. Смерть, пролившаяся с небес в период с 1939 по 1945 год, измеряется ста тысячами блокбастеров, двумя мегатоннами. Но в конце ХХ века две мегатонны — это энергия, высвобождаемая при взрыве одной более или менее заурядной термоядерной бомбы. Одна бомба обладает разрушительной силой Второй мировой войны. А ведь существуют десятки тысяч ядерных боеголовок. К 80-м годам ХХ века стратегические ракеты и бомбардировщики Советского Союза и Соединенных Штатов взяли под прицел более 15 000 намеченных объектов. На планете не осталось ни одного безопасного места. Энергия, запасенная в этом оружии, превышает 10 000 мегатонн. Смертоносные джинны спокойно ожидают, когда потрут лампу. Но их разрушительная сила сконцентрирована на отрезке в несколько часов, а не в шесть лет — это блок-бастер для каждой семьи на планете, по Второй мировой войне каждую секунду на протяжении целого вечера.

Немедленную смерть при ядерной атаке вызывает ударная волна, сметающая тяжелые укрепленные сооружения на многие километры вокруг, а также огненная вспышка, гамма-излучение и нейтроны, которые сжигают изнутри тех, кто находится поблизости.

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? 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.

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[180]. 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

Американский математик Эдвард Кейснер однажды попросил своего девятилетнего племянника придумать название для одного чрезвычайно большого числа — десять в сотой степени (10100), единицы, за которой следует сто нулей. Мальчик назвал его «гугол» (googol). Вот оно: 10 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000. Вы тоже можете придумать свои собственные очень большие числа и назвать их какими-нибудь странными именами. Попробуйте. В этом занятии есть определенная привлекательность, особенно если вам девять лет.

Если гугол кажется вам большим числом, то что вы скажете про гуголплекс? Это десять в степени гугол, то есть единица, за которой следует гугол нулей. Для сравнения: общее количество атомов в вашем теле — около 1028, а полное количество элементарных частиц (протонов, нейтронов и электронов) в наблюдаемой части Вселенной — примерно 1080. Если бы Вселенная была плотно набита[159] нейтронами, так, чтобы нигде в ней не оставалось пустого места, то она вместила бы всего 10128частиц — лишь немногим больше гугола, но ничтожно мало по сравнению с гуголплексом. Но даже такие числа, как гугол и гуголплекс, не позволяют приблизиться к идее бесконечности. По сравнению с ней они бесконечно малы. Гуголплекс столь же далек от бесконечности, как и единица. Мы можем попробовать записать гуголплекс на бумаге, однако это будет безнадежная попытка. Лист бумаги, достаточный для выписывания всех нулей гуголплекса, не поместился бы в известной нам Вселенной. К счастью, есть более простой и очень короткий способ записи гуголплекса: 1010^10 — и даже для бесконечности: [∞].