Коллектив авторов - 100 великих научных открытий

Обширная теоретическая информация, наложенная на собственные наблюдения за группами очень старых звезд, и стала основой для «гипотезиса первозданного атома». Леметр предположил, что когда-то давно, более 13 млрд лет назад, не было ничего — ни пространства, ни времени, — только абсолютная пустота. Но в какой-то момент по непонятным причинам в этой пустоте произошел мощнейший всплеск энергии, в результате чего появился крошечный, неимоверно плотный и ужасно горячий шарик — первобытный атом, космическое яйцо, или просто сингулярность. Затем этот зародыш стал расти со скоростью, превышавшей световую (300 000 км/с), и остывать. Вселенная стремительно расширялась и наполнялась газом, а тот благодаря гравитации постепенно уплотнялся и превращался в разнообразные космические объекты. Когда же возникла сама гравитация? По предположениям Леметра, появилась она в первые же мгновения существования Вселенной — так же как электрические и магнитные силы, а еще разнообразные взаимодействия элементарных частиц, которым впоследствии суждено было объединиться в ядра химических элементов. Однако света во Вселенной не было еще около четырех сотен тысяч лет: все это время она оставалась слишком разгоряченной, чтобы излучать волны в видимом диапазоне.

Изложив свою идею в конце 1920-х, Леметр написал Эйнштейну о том, что все формулы в его теории относительности предполагают необходимость расширения Вселенной. Однако великий физик, отрицавший эту возможность в принципе, специально ввел в свои уравнения постоянную, которая должна была формально сделать Вселенную статичной, и дружеские рекомендации молодого бельгийца его ничуть не заинтересовали. «Считать вы умеете, но физика — явно не ваше», — по легенде, резко ответил он Леметру. Впрочем, уже через несколько лет, прочитав об открытиях Эдвина Хаббла (в частности, о законе скорости отдаления галактик), Эйнштейн вынужден был признать свою неправоту.

В том, что космическое пространство не может ни увеличиваться, ни уменьшаться в объеме, был уверен и английский космолог Фред Хойл (1915–2001). В 1949 г. он решил просветить народ и в радиовыступлении разгромить «гипотезис первозданного атома» (название которого в действительности включало в пять раз больше слов). Отвечая на вопросы слушателей, Хойл с издевкой нарек теорию Леметра Big Bang — Большим взрывом, и, к его удивлению, сторонники теории приняли это лаконичное название на ура. Получилось, что шуточная фразочка, брошенная сгоряча, получила статус научного термина, а чуть позже карикатурист Билл Уоттерсон нарисовал скетч на тему рождения Вселенной, озаглавив свое творение «Ужасной космической неразберихой». Как ни странно, нелестная кличка тоже прижилась.

Между тем русский физик Георгий Гамов, автор самой убедительной версии эволюции Вселенной, поддержал бельгийского коллегу и углубил его теорию. Гамов рассуждал так: расширение космического пространства, доказанное Хабблом, означает, что энергии для обогрева становится все меньше — электромагнитные волны удлиняются, температура источников излучения падает. Следовательно, при рождении Вселенная представляла собой бесконечно плотный однородный огненный шарик, настолько раскаленный, что составляющие его частицы не могли собраться даже в ядра, не говоря уже о целых атомах или молекулах. Сборка стала возможной лишь в процессе расширения и охлаждения Вселенной, но и после образования атомов понадобилась еще сотня миллионов лет, чтобы силы тяготения слепили из них звезды, а потом несколько сот миллионов лет ушло на формирование галактик. Такие крупные системы, как Млечный Путь, вообще строились миллиарды лет, и за это время выгоревшие звезды вспыхнули множество раз, отбросив материал для каменистых планетезималей, из которых впоследствии возникли твердые планеты. С тех пор, когда космос был крошечной точкой, в нем осталось холодное реликтовое излучение.

Не так давно астрофизики обнаружили в космосе еще и реликтовый газ, возникший чуть ли не в первые несколько минут после Большого взрыва. Почему облакам этого газа приписали такой солидный возраст? Потому, что в них нет тяжелых химических элементов, а согласно теории Гамова, исключительно легкие элементы могли рождаться лишь в условиях сверхвысокой температуры, которая была у Вселенной в «раннем детстве».

Кроме того, ученые высказали предположение, что миллиарды лет назад во всех уголках Вселенной можно было повстречать живых существ (пусть и микроскопических, и вовсе не похожих на земных обитателей). Вероятно, на каких-то планетах эти организмы еще остались.

Еще одна современная теория предполагает вместо плотной точки-сингулярности крошечный пятачок пространства, который существовал себе спокойно до тех пор, пока в нем не случился Большой взрыв, повлекший быстрое расширение этого пятачка. Как бы то ни было, ученые сходятся во мнении, что когда-нибудь Вселенная начнет попятное движение в сторону сжатия, а затем взорвется и снова станет разрастаться. Но сейчас она все еще идет на увеличение, и в этом ей помогает неизвестная темная энергия.

О существовании темной энергии догадались в 1998 г. американские и австралийские ученые. Наблюдая за взрывами старых выгоревших звезд, они обнаружили, что светила, судя по яркости вспышек, находятся не так близко, как могли бы, если бы исправно исполняли ньютоновский закон всемирного тяготения — то есть притягивались к другим объектам тем сильнее, чем короче между ними дистанция. Значит, заключили ученые, в космосе действует еще какая-то сила, противодействующая гравитации и разгоняющая небесные тела в разные стороны. Эта сила за свою загадочность и неизученность получила название «темная энергия».

Заинтересованные этим открытием, астрофизики всего мира стали внимательнее присматриваться к сверхновым звездам и изучать тепловой спектр реликтового излучения, демонстрирующий перераспределение на небе горячих и холодных областей (вспомните, как зверь в фильме «Хищник» видел главного героя). Исследования показали, что Вселенная расширяется стремительнее, чем предполагалось, и что ее пространство как бы выравнивается — словно много миллиардов лет назад это была скомканная бумажка, которую постепенно разглаживает невидимая рука (небольшие «вмятины» от небесных тел не в счет: на большом плоском полотне космоса они почти незаметны). Роль невидимой руки могла исполнять лишь невесть откуда взявшаяся энергия, которой должно было содержаться больше, чем остальных видов. Ведь чтобы галактики держались на почтительномрасстоянии одна от другой, более того — отдалялись, спасая Вселенную от гравитационного сжатия, количество энергии от всей известной материи должно составлять не более трети, а остальные две трети следует «отписать» темной энергии.