Стивен Хокинг - Краткие ответы на большие вопросы

Такое представление характерно и для многих современных ученых. Однако еще в 1915 году Эйнштейн разработал революционную теорию относительности. Согласно этой теории, пространство и время не являются абсолютом, не являются фиксированным фоном для всех событий. Напротив, это динамические величины, которые формируются материей и энергией Вселенной. Они определены только в пределах Вселенной, поэтому нет смысла говорить о времени, предшествовавшем рождению Вселенной. Это все равно что спрашивать направление на юг на Южном полюсе. Оно не определено.

Теория Эйнштейна объединяет пространство и время, но мало что говорит о пространстве как таковом. Кажется очевидным, что пространство, например, простирается во всех направлениях. Мы не думаем, что Вселенная заканчивается кирпичной стеной, хотя нет никаких логических оснований полагать, что это исключено. Современные приборы, типа космического телескопа «Хаббл», позволяют нам заглянуть в глубины космоса. Мы видим миллиарды и миллиарды галактик различных форм и размеров. Есть гигантские эллиптические галактики, есть спиральные галактики, подобные нашей. В каждой галактике – миллиарды и миллиарды звезд, у многих из которых могут быть свои планетные системы. Наша галактика перекрывает нам вид в некоторых направлениях, но, если этого не учитывать, можно сказать, что галактики распределены в пространстве приблизительно равномерно, с некоторыми локальными уплотнениями и пустотами. Плотность галактик снижается на очень больших расстояниях, но так кажется потому, что они слишком далеко от нас и мы просто не можем их различить. Единственное, что можно сказать, – Вселенная занимает все бесконечное пространство и в основном одинакова вне зависимости от того, как далеко простирается.

Однако при том, что Вселенная кажется одинаковой в любой точке пространства, она определенно изменяется во времени. Этого не осознавали вплоть до начала прошлого века. До тех пор считали, что Вселенная в принципе неизменна во времени. Она может существовать бесконечно длительное время, но это приводит к абсурдным выводам. Если звезды излучают энергию бесконечное время, то они должны были бы разогреть Вселенную до своей собственной температуры. И даже ночью все небо было бы таким же ярким, как Солнце, потому что любой взгляд упирался бы либо в звезду, либо в пылевое облако, разогретое до температуры звезды. Поэтому то, что мы по ночам видим темное небо, имеет большое значение. Это подразумевает, что Вселенная не может существовать вечно в том состоянии, которое мы видим сегодня. Что-то должно было происходить в прошлом такое, от чего зажигались звезды. И в таком случае свет очень далеких звезд просто не успел до нас дойти. А это объясняет, почему ночное небо не светится во всех направлениях.

Если звезды находятся на своих местах вечно, почему они вдруг зажглись несколько миллиардов лет назад? Что за часы указали им время, в которое пора начинать сиять? Это озадачивало таких философов, как Иммануил Кант, который считал, что Вселенная существует вечно. Но большинство людей устраивает мысль о том, что Вселенная примерно в том же виде, что и сейчас, создана всего лишь несколько тысяч лет назад, как вычислил епископ Ашшер. Однако в 1920-х годах наблюдения с помощью 100-дюймового телескопа, установленного в обсерватории Маунт-Вилсон, в этой теории стали находить нестыковки. Прежде всего, Эдвин Хаббл обнаружил, что многие слабые световые пятна, так называемые туманности , на самом деле – другие галактики, огромные скопления звезд, похожих на Солнце, только находящиеся на огромном расстоянии от нас. Чтобы они выглядели такими маленькими и бледными, расстояние до них должно быть столь велико, что свету потребовались миллионы, а может, и миллиарды лет, чтобы достичь наших глаз. А это говорит о том, что Вселенная не могла начаться всего несколько тысяч лет назад.

Но Хаббл обнаружил и еще нечто более примечательное. Анализируя свет далеких галактик, Хаббл смог определить, в какую сторону они движутся – к нам или от нас. К его глубокому изумлению, оказалось, что они почти все от нас удаляются. Более того, чем они дальше, тем выше их скорость. Иными словами, Вселенная расширяется. Галактики разбегаются друг от друга.

Открытие расширяющейся Вселенной стало одной из величайших интеллектуальных революций ХХ века. Оно оказалось полной неожиданностью, поскольку резко изменило направление дискуссий о происхождении Вселенной. Если галактики сейчас удаляются, значит, в прошлом они были ближе друг к другу. Судя по нынешней скорости расширения, можно вычислить, что десять – пятнадцать миллиардов лет назад они располагались очень близко. Выглядит это так, словно в момент начала Вселенной все находилось в одной точке пространства.

Многих ученых не устраивает идея о том, что Вселенная имеет начало, поскольку это предполагает нарушение законов физики. Кто-то предпочитает объяснять этот феномен наличием внешнего фактора, который для удобства именуется «богом». Следовательно, выдвигались теории, согласно которым Вселенная в настоящее время расширяется, но не имеет начала. Одной из них можно назвать теорию стационарного состояния Вселенной, выдвинутую Германом Бонди, Томасом Голдом и Фредом Хойлом в 1948 году.

В теории стационарного состояния Вселенной разбегание галактик объясняется тем, что из вещества, которое, предположительно, постоянно возникает в пространстве, образуются новые галактики. Таким образом, Вселенная существует вечно и всегда выглядит одинаково. Это последнее свойство обладает тем преимуществом, что выглядит как конкретное предположение, которое можно проверить с помощью наблюдений. Группа радиоастрономов из Кембриджа под руководством Мартина Райла в начале 1960-х годов провела изучение источников слабых радиоволн. Оказалось, что они распределены по небу на удивление равномерно и находятся за пределами нашей галактики. Более слабые источники располагаются дальше, и наоборот.

Теория устойчивого состояния предполагает связь между количеством источников и их силой. Но наблюдения выявили больше слабых источников, чем предполагалось, а это говорит о том, что плотность их в прошлом была выше. Это противоречит базовому положению теории стационарного состояния, согласно которому всё неизменно во времени. По этой и ряду других причин теория стационарного состояния оказалась отвергнута.

Другой попыткой уйти от идеи начала Вселенной стало предположение, что ранее существовала стадия сжатия, но из-за вращения и локальной неоднородности вещества не вся материя сосредоточилась в одной точке. Некоторые куски материи разминулись, и Вселенная снова стала расширяться, при этом ее плотность всегда остается конечной. Двое советских ученых, Евгений Лифшиц и Исаак Халатников, заявили, что получили доказательство того, что в общем случае сжатие без идеальной симметрии должно всегда приводить к отскоку, при этом плотность остается конечной. Это утверждение было очень удобным для марксистско-ленинского диалектического материализма, поскольку позволяло уйти от неловких вопросов о причинах возникновения Вселенной. Таким образом, это стало символом веры для советских ученых.