Стивен Вайнберг - Первые три минуты [litres]

Во всей этой неопределенности некоторые космологи находят источник надежды. Возможно, Вселенная как-то «отскочит» от сингулярного состояния и снова станет расширяться. В «Младшей Эдде» после Рагнарека, битвы богов и великанов, Земля погибает в воде и огне. Но потом вода отступает, сыновья Тора возвращаются из Хель с молотом своего отца, и история мира начинается с чистого листа. Но если Вселенная отразится и снова станет расширяться, однажды это расширение опять сменится сжатием. А последнее завершится очередным космическим Рагнареком, приводящим к отскоку, – и так будет продолжаться бесконечно.

Если таково наше будущее, то, наверное, прошлое от него ничем не отличается. Тогда получается, что современная расширяющаяся Вселенная возникла в результате предыдущего сжатия и отскока. (Кстати, в своей статье о микроволновом фоне в 1965 г. Дикке, Пиблс, Ролл и Уилкинсон предполагали, что мироздание успело пережить одну полную стадию расширения и одну – сжатия. Они также утверждали, что при сжатии температура могла достигуть отметки в 10 миллиардов градусов – тогда тяжелые элементы, образовавшиеся на предыдущей стадии, распались бы на составляющие их частицы.) Глядя в прошлое, можно вообразить себе бесконечно повторяющийся цикл из расширений и сжатий, у которого нет ни начала, ни конца.

С философской точки зрения многим космологам симпатична именно эта модель осциллирующей Вселенной. Она, как и теория стационарной Вселенной, изящно обходит вопрос о начале бытия. Впрочем, эта модель страдает от серьезного теоретического изъяна. С каждым циклом число фотонов на один нуклон (или, точнее, энтропия на нуклон) из-за своего рода трения во время расширения и сжатия (так называемая объемная вязкость) становится чуть больше. Насколько мы можем судить, мир тогда вступает в очередную фазу своего развития с несколько большим отношением числа фотонов к нуклонам. Сейчас это соотношение довольно велико, но оно не бесконечно большое. Поэтому сложно представить, каким образом Вселенная могла пройти через бесконечное количество циклов.

Конечно, рано или поздно все эти проблемы будут разрешены. Однако какая бы космологическая модель ни оказалась правильной, удовлетворения это принесет мало. Человеку свойственно верить, будто он занимает во Вселенной какое-то особое место, что он – не шутка случая, затесавшегося в цепочку событий, уходящую корнями к первым трем минутам, что его появление было запланировано с самого начала. Я пишу эти строчки в самолете – лечу из Сан-Франциско к себе домой в Бостон, а в эту самую секунду пролетаю над Вайомингом на высоте 10 км. Земля внизу кажется очень доброй и уютной: здесь и там пушистые облака, садящееся солнце окрасило снег в розовый цвет, прямыми линиями из одного конца страны в другой бегут дороги… С трудом верится, что все это – лишь песчинка в ужасно негостеприимном мироздании. Еще сложнее принять то, что современная Вселенная родилась из какого-то до боли странного состояния и что ей суждено закончить свои дни либо в плавильной печи, либо обездвиженной холодом. Чем больше мы понимаем мироздание, тем меньше смысла в нем находим.

Но если не приносят облегчения плоды наших исследований, можно попытаться найти утешение в самом этом процессе. Люди не готовы довольствоваться сказками о богах и великанах и замыкаться в своих будничных заботах. Они сооружают телескопы, запускают спутники, строят ускорители и часами сидят в своих кабинетах, по крупицам отыскивая истину в полученных в эксперименте данных. Стремление понять Вселенную – одна из немногих вещей, превращающих человеческую жизнь в нечто большее, чем бессмысленный фарс, и придающих ей оттенок трагедии.

Свойства некоторых элементарных частиц. Энергия покоя – та, которая высвободится, если всю массу частицы превратить в энергию. Температурный порог – это энергия покоя, деленная на постоянную Больцмана. Это температура, при которой частицы начинают свободно рождаться из находящегося в тепловом равновесии излучения. Эффективное число степеней свободы показывает, какой вклад в полную энергию, давление и энтропию дают рассматриваемые частицы при температуре много большей, чем температурный порог. Это число является произведением трех сомножителей. Первый – 2 или 1 – показывает, есть ли у данной частицы отличная от нее античастица. Второй равен числу всевозможных ориентаций спина частицы. Наконец, третий – 7/8 или 1 – говорит о том, подчиняется ли частица принципу запрета Паули или нет. Время жизни – это средний срок, после которого частица претерпевает радиоактивный распад на другие частицы.

Свойства электромагнитного излучения разных диапазонов. Каждому виду излучения соответствует свой диапазон длин волн, приведенный здесь в сантиметрах. Ему в свою очередь соответствует диапазон энергий фотона, выраженный в таблице в электронвольтах. Температура абсолютно черного тела – та, при которой максимум в излучении черного тела приходится на данный диапазон. В таблице она приведена в кельвинах. (Например, Пензиас и Вильсон открыли реликтовое излучение на волне 7,35 см, которая попадает в микроволновый диапазон. Когда же в ядре происходит радиоактивный распад, высвобождаются фотоны с характерной энергией в один миллион электронвольт – т. е. речь идет уже о гамма-излучении. Что касается поверхности Солнца, нагретой до 5800 К, то она излучает видимый свет.) Естественно, четкого разделения на различные виды излучения не существует и границы между диапазонами достаточно условны.

Абсолютная светимость. Полная энергия, излучаемая небесным телом в единицу времени.

Адрон. Частица, участвующая в сильных взаимодействиях. Адроны подразделяются на два класса: барионы (например, нейтрон и протон) подчиняются принципу запрета Паули, а мезоны – нет.

Ангстрем. Одна стомиллионная сантиметра (10 –8см). Обозначается Å. Типичный размер атома – несколько ангстрем. Длина волны видимого света порядка нескольких тысяч ангстрем.

Античастица. Частица с той же массой и спином, что и у данной, но обладающая противоположными по знаку (и равными по абсолютной величине) зарядом, барионным и лептонным числами и т. д. У каждой частицы есть своя античастица. Исключения – истинно нейтральные частицы, такие как фотон и π-мезон, одновременно являющиеся своими же античастицами. Антинейтрино – античастица нейтрино, антипротон – античастица протона, и т. д. Антиматерия состоит из антипротонов, антинейтронов и антиэлектронов (позитронов).