Карл Саган - Мозг Брока. О науке, космосе и человеке

Некоторые древнеазиатские космологические взгляды близки к идее бесконечной регрессии причин, как иллюстрируется в следующей апокрифической истории. Западный путешественник встречает восточного философа и просит его описать природу мира:

– Это большой шар, лежащий на плоской спине мировой черепахи.

– Ах да, но на чем стоит мировая черепаха?

– На спине еще большей черепахи.

– Да, но на чем она стоит?

– Очень тонкий вопрос. Но он бессмысленный, мистер: черепахи до самого низа.

Сейчас мы знаем, что живем на крошечной пылинке в огромной, захватывающей дух Вселенной. Боги, если они существуют, больше не вмешиваются ежедневно в человеческие дела. Мы живем не в антропоцентрической Вселенной. И природа, происхождение и судьба космоса являются тайнами, намного более глубокими, чем считали наши дальние предки.

Но ситуация снова меняется. Космология, исследование Вселенной в целом, становится экспериментальной наукой. Информация, полученная с помощью оптических и радиотелескопов на Земле, ультрафиолетовых и рентгеновских телескопов на околоземной орбите, посредством исследования ядерных реакций в лабораториях и определения содержания химических элементов в метеоритах, сужает круг допустимых космологических гипотез; и мы вполне можем ожидать, что скоро посредством наблюдения мы получим четкие ответы на вопросы, которые когда-то считались исключительной прерогативой философов и теологов.

Эта революция наблюдения началась с невероятного источника. Во втором десятилетии XX в. во Флагстаффе, Аризона, было – и все еще есть – астрономическое учреждение – обсерватория Лоуэлла, основанная не кем иным, как Персивалем Лоуэллом, для которого поиск жизни на других планетах был всепоглощающей страстью. Именно он популяризировал и продвигал идею о том, что Марс испещрен каналами, которые, по его мнению, являлись произведениями расы существ, увлеченных инженерной гидравликой. Сейчас мы знаем, что каналы не существуют вовсе. Ученые явно принимали желаемое за действительное, и их возможности наблюдения были ограничены туманной атмосферой Земли.

Среди всего прочего Лоуэлл интересовался спиральными туманностями – изумительными светящимися объектами в форме вертушки в небе, которые, как мы теперь знаем, являются далекими скоплениями сотен миллиардов индивидуальных звезд, как галактика Млечный Путь, в состав которой входит наше Солнце. Но в то время не было способа определить расстояние до этих туманностей, и Лоуэлл заинтересовался альтернативной гипотезой – что спиралевидные туманности были не огромными, далекими, многозвездными объектами, а малыми, близкими объектами, которые представляли собой ранние стадии уплотнения отдельной звезды из межзвездного газа и пыли. Поскольку такие газовые облака сжимаются под действием своей гравитации, сохранение момента импульса требует, чтобы они ускорились до быстрого вращения и сжались до тонкого диска. Быстрое вращение можно распознать астрономическим путем посредством спектроскопии, позволяя свету от дальнего объекта последовательно проходить через телескоп, узкую щель и стеклянную призму или другое устройство, которое расщепляет белый свет в стороны в виде радуги цветов. Повсюду в этой радуге, формируемой светом звезды, видны яркие и темные линии – изображения щели спектрометра. Например, ярко-желтые линии, испускаемые натрием, проявляются, когда мы бросаем небольшой кусочек натрия в пламя. У вещества, состоящего из множества разных химических элементов, будет много разных спектральных линий. Сдвиг длин волн этих спектральных линий относительно их положения в спектре неподвижного источника дает нам информацию о скорости движения источника по направлению к нам и от нас – явление, которое называется эффектом Доплера и знакомо нам по физике звука как увеличение или уменьшение высоты звучания гудка автомобиля, когда машина быстро приближается или удаляется.

Считается, что Лоуэлл попросил молодого ассистента, В. Слайфера, проверить большие спиральные туманности, чтобы определить, наблюдается ли смещение спектральных линий одного конца туманности в красную область, а другого – в голубую, из чего можно было бы определить скорость их вращения. Слайфер исследовал спектры ближайших спиральных туманностей, но обнаружил, к своему изумлению, что почти все они показывали красное смещение, а признаков голубого смещения практически не было. Он не обнаружил вращения, но обнаружил удаление. Складывалось впечатление, что все спиральные туманности удаляются от нас.

Гораздо более широкий ряд наблюдений был получен в 20-х гг. ХХ в. в обсерватории Маунт-Вилсон Эдвином Хабблом и Милтоном Хьюмасоном. Хаббл и Хьюмасон разработали метод определения расстояния до спиральных туманностей; стало очевидно, что это не уплотняющиеся газовые облака, находящиеся относительно близко в галактике Млечный Путь, а большие галактики на расстоянии миллионов или более световых лет. К своему удивлению, они также обнаружили, что чем дальше галактика, тем быстрее она удаляется от нас. Поскольку маловероятно, что у нас какое-то особое положение в космосе, это лучше всего объясняется общим расширением Вселенной: все галактики разбегаются друг от друга, так что астроном из любой галактики наблюдал бы, что все другие галактики явно удаляются.

Если мы экстраполируем такое разбегание в прошлое, мы обнаружим, что было время – возможно, 15 или 20 млрд лет назад, – когда все галактики должны были «соприкасаться», то есть были заключены в чрезвычайно малом объеме пространства. Материя в своей нынешней форме не могла бы пережить такое удивительное сжатие. На самых ранних стадиях такого расширения Вселенной должно было быть больше излучения, а не материи. Сейчас принято говорить об этом времени как о Большом взрыве.

Этому расширению Вселенной было предложено три объяснения: теория стационарной Вселенной, теория Большого взрыва и модель циклической Вселенной. Гипотеза стационарной Вселенной предполагает, что галактики разбегаются, дальние галактики двигаются с очень высокими кажущимися скоростями, спектр их света смещается под действием эффекта Доплера в сторону все более длинных волн. На каком-то расстоянии галактика будет двигаться так быстро, что пересечет так называемый горизонт событий и с нашей точки наблюдения исчезнет. Это расстояние так велико, что в расширяющейся Вселенной нет возможности получить информацию за его пределами. С течением времени, если ничего не помешает, все больше и больше галактик исчезнет из поля зрения. Но в космологии стационарной Вселенной материя, изчезнувшая за горизонтом, полностью компенсируется новой, повсеместно и постоянно создаваемой материей, которая в конечном итоге конденсируется в новые галактики. Благодаря скорости исчезновения галактик за горизонтом событий, которое уравновешивается только созданием новых галактик, Вселенная выглядит более-менее неизменной с каждого места и в каждую эпоху. В модели стационарной Вселенной нет Большого взрыва; сотню миллиардов лет назад Вселенная выглядела точно так же и через сотню миллиардов лет будет выглядеть так же, как сейчас. Но откуда берется новая материя? Как может материя создаваться из ничего? Сторонники космологической модели стационарной Вселенной отвечают, что она берется из того же места, откуда приверженцы Большого взрыва берут свой взрыв. Если мы можем представить, как вся материя во Вселенной возникла мгновенно из ничего 15–20 млрд лет назад, почему мы не можем представить, как она создается тонкой струйкой повсеместно, постоянно и непрестанно? Если гипотеза стационарной Вселенной верна, никогда не было такого времени, когда галактики находились гораздо ближе друг к другу. Таким образом, крупномасштабная структура Вселенной неизменная и бесконечно древняя.