Нил Тайсон - Астрофизика начинающим: как понять Вселенную

Итак, законы природы работают и здесь, и вдалеке от нас. Но откуда мы знаем, что они выполнялись всегда? Действовали ли те же универсальные законы миллионы лет назад?

Да. Мы знаем это потому, что астрофизики могут заглянуть в прошлое.

Прежде чем достичь наших телескопов, свет от Марса некоторое время путешествует в пространстве, а потому на деле мы видим эту планету такой, какой она была на несколько минут раньше.

Когда вы глядите на Марс в телескоп, вы видите на Красной Планете не совсем то, что происходит на ней в это мгновение. Расстояние между Землей и Марсом меняется, но допустим, что оно составляет сто сорок миллионов миль. Это значит, что свету приходится преодолеть сто сорок миллионов миль, чтобы добраться до нас, а такое путешествие световой луч проделывает примерно за двенадцать минут. И, так как свету понадобилось двенадцать минут, чтобы достичь вашего телескопа, в действительности вы видите Марс таким, каким он был двенадцать минут назад. У астрофизиков есть гораздо более мощные телескопы, при помощи которых мы можем изучать гораздо более далекие объекты, и чем дальше мы заглядываем в пространство, тем дальше мы видим в прошлое.

Я знаю, что вы сейчас думаете. «Да ладно!».

Что ж, это нормальная реакция.

Но подумайте: мы оцениваем расстояние до далеких звезд и галактик в световых годах. Это время, которое требуется световому лучу, чтобы долететь от данного объекта до наших телескопов. То есть когда мы изучаем галактику, расположенную в пяти миллиардах световых лет от нас, это значит, что свету понадобилось пять миллиардов лет, чтобы добраться от нее до нас.

Другими словами, мы видим эту галактику такой, какой она была пять миллиардов лет назад.

Да, мы буквально путешествуем в прошлое и видим, что самые далекие объекты во Вселенной миллиарды лет назад подчинялись тем же законам, которые действуют в нашем мире сегодня. Во всем космосе универсальные законы остаются незыблемыми с самого начала мира.

Конечно, то, что физические законы универсальны, не означает, что все, что происходит в космосе, случается и здесь, на Земле. То, что законы повсюду одни и те же, не значит, что повсюду возможно все. Например, я могу поспорить, что вы никогда не столкнетесь на улице с черной дырой.

Эти космические монстры образуются, когда невероятно плотные звезды коллапсируют – обрушиваются внутрь себя под действием собственного тяготения. Гравитация как бы всасывает все вещество звезды в ее центр, оставляя в пространстве дыру на том месте, где только что сияла звезда. Вокруг черных дыр действует настолько огромная сила притяжения, что даже свет не может их покинуть. Если бы на улице действительно появилась такая космическая воронка, ее жертвой стали бы не только вы. В этот водоворот могла бы провалиться и бесследно исчезнуть вся планета.

Но как ни могучи черные дыры, и они подчиняются законам природы.

Не только физические законы применимы повсюду во Вселенной. Эти законы включают в себя числа, называемые постоянными, или константами, которые помогают ученым количественно оценить результат действия того или иного закона. Гравитационная постоянная, так называемое G большое, позволяет вычислить силу тяготения в том или ином конкретном случае. Например, зная G большое, мы можем оценить силу тяжести на поверхности Марса.

Однако самая известная постоянная – это скорость света. Астронавтам миссии «Аполлон» понадобилось около трех дней, чтобы долететь до Луны. Если бы они двигались со световой скоростью, на то, чтобы покрыть двести сорок тысяч миль, им бы хватило чуть больше секунды. Почему же они так не сделали? Потому что это невозможно.

Ни один эксперимент пока не выявил какого-либо объекта любой природы, который двигался бы со скоростью света.

С какой бы скоростью мы бы ни перемещались, мы никогда не сможем обогнать луч света.

Человечество постоянно делает то, что поначалу выглядит невозможным. Не надо недооценивать наших инженеров и изобретателей. Когда-то люди говорили, что никогда не смогут летать. Они были убеждены, что никогда не сумеют достичь Луны или расщепить атом. Но все это теперь стало реальностью. И все же в каждом из этих случаев на пути человека не стояли незыблемые законы физики.

Добраться до Луны было трудно, но не принципиально невозможно.

Заявление «Мы никогда не сумеем обогнать луч света» – предсказание совершенно иной природы. Оно проистекает из основных, проверенных временем физических принципов. Вселенную можно представить себе уставленной знаками ограничения скорости, на которых написано:

Не превышать скорость света: это не просто хорошая идея. Это закон.

Инопланетяне, какими бы разумными и совершенными они ни были, тоже не смогут обогнать свет. И они, вероятно, знают о существовании мировых констант. Все наши научные исследования, измерения и наблюдения космоса показывают, что главные мировые постоянные, от G большого до скорости света, физические законы, которые с этими постоянными связаны, не изменяются со временем или местоположением.

Может быть, я выгляжу немного слишком самоуверенно. Ученые не знают всего. Даже приблизительно. И мы не во всем согласны друг с другом. Мы яростно спорим и ссоримся, как дети. Но, когда мы спорим, наши доводы обычно сосредоточены на концепциях и космических явлениях, которых мы почти не понимаем.

А вот когда речь заходит об универсальных физических законах, можно быть уверенными, что спор будет коротким.

Правда, так думают не все.

Несколько лет назад я собирался выпить горячего какао в кондитерской в Пасадене, в штате Калифорния. Конечно, я заказал его со взбитыми сливками. Но, когда мой какао принесли, я не заметил никаких следов сливок. Я сказал официанту, что мне в какао не положили сливок, но он объяснил, что я просто их не вижу, потому что они опустились на дно чашки.

Но у взбитых сливок маленькая плотность. Они плавают на поверхности любой жидкости, которую мы пьем, в том числе и на поверхности горячего шоколада. И где бы во Вселенной вы ни находились, субстанции малой плотности будут плавать на поверхности жидкостей большей плотности. Это универсальный закон.