Филип Плейт - Смерть с небес. Наука о конце света

Эта головоломка может иметь решение. Существуют теории, согласно которым Вселенная — это не единственное, что существует. Не исключено, что имеется что-то вроде Метавселенной, некая структура, в которую нам никогда не попасть, а наша Вселенная всего лишь часть ее. Эта вселенная возникла еще до того, как появилась наша, она выглядит практически как наша, в ней действуют такие же или похожие законы физики, определяющие ее поведение, включая квантовую механику. В главе, посвященной черным дырам, мы видели спонтанное зарождение частиц. Существует вероятность того, что в ткани пространства-времени этой другой вселенной может внезапно возникнуть крошечный всплеск, что-то наподобие зарождения частиц из ничего . При определенных условиях такая выпяченная область пространства и времени быстро стянется, но в царстве квантовой механики также вероятно то, что эта область увеличится. Что-то наподобие черной дыры; эта область отделена от большой вселенной, окружающей ее, и становится отдельной сущностью, своей собственной вселенной. Пространство и время, энергия и материя просто спонтанно возникают внутри. Через несколько миллиардов лет расширения наступает момент, когда начинают образовываться звезды, оформляются галактики, и на планете, затерянной где-то в том большом объеме пространства, человек, читающий книгу, почесывает в затылке и думает, что автор утратил разум [123] Все может быть. .

В настоящее время мы не знаем наверняка, было ли что-то до того, как возникла наша Вселенная, и имеет ли смысл эта идея в принципе. Но когда теория Большого взрыва была впервые сформулирована, мы довольно много узнали о том, что происходило после первой 10 –43секунды.

Нам известно, что в своей жизни Вселенная уже прошла через несколько разных этапов. На самом раннем этапе, когда Вселенная все еще была невообразимо горячей и плотной, она представляла собой варево из причудливых субатомных частиц, перемешиваемое неведомыми силами. По мере расширения и охлаждения Вселенной в ней смогли образоваться и стать стабильными разные типы частиц (раньше они не могли существовать, потому что для них было слишком жарко, так кубик льда не продержится долго на горячей сковородке). Чтобы облегчить себе жизнь, физики разбили время существования Вселенной на разные отрезки, разные эпохи, в зависимости от того, какие частицы существовали и какие силы преобладали в то время.

Спустя всего одну миллисекунду (10 –6секунды) все достаточно успокоилось, и из густого супа субатомных частиц, называемых кварками, смогли образоваться протоны и нейтроны. Через одну секунду, всего один тик тикающих часов, наступил период нуклеосинтеза [124] Буквально: образование новых ядер, элементов. , когда условия были похожи на условия в ядре звезды. Благодаря теплу и плотности некоторые протоны и нейтроны смогли сблизиться и образовать устойчивые ядра. В течение примерно трех минут после начала периода нуклеосинтеза субатомные частицы сталкивались друг с другом и создали совершенно новый вид материи: гелий (два протона плюс два нейтрона). Образовалось даже чуть-чуть лития (три протона и три или четыре нейтрона), но никаких более тяжелых элементов — для образования углерода нужны более комплексные реакции, а у неона вообще не было шанса появиться.

Соответственно, вся материя во всей Вселенной состояла примерно на 75 % из водорода и на 25 % из гелия, плюс чуточку лития.

Не было ни кальция, ни железа, ни кислорода. Во всей той сущности не было ни звезд, ни планет, ни галактик. В тот момент все было довольно простым, всего лишь масса невероятно горячего газа, сплетенного в длинные нити и ленты и подернутого рябью: флуктуации в распределении космической материи, вызванные флуктуациями, возникшими при самом Большом взрыве.

Эти ленты вскоре начнут сжиматься под действием собственных сил тяготения. В момент времени около T + 400 млн лет, при условиях, которые до сих пор не вполне установлены, из материи образуются первые звезды. Примерно в это же время образуются и сами галактики, собирая разбросанные нити материи и создавая огромные, похожие на губки сплетения фантастических галактических скоплений, потоками заполняющие Вселенную.

И вот, через 13,7 млрд лет появляемся мы.

Вероятно, все это немного ошарашивает. Может даже показаться вздором! Это настолько за пределами нашей зоны комфорта, наших обычных мыслительных процессов, что может показаться, будто ученые просто все это выдумывают.

Уверяю вас, что нет. Существует логическая последовательность шагов, приводящая нас к пониманию ранней Вселенной.

Одним из первых представлять Вселенную единым целым начал немецкий астроном Генрих Ольберс. В начале 1800-х гг., когда Ольберс изучал небеса, считалось, что Вселенная была бесконечно старой и бесконечной по протяженности. Не было никакой причины думать иначе. Однако Ольберс осознал, что отсюда вытекает проблема. Если Вселенная бесконечна и населена звездами по всему объему, тогда вне зависимости от того, в каком направлении вы смотрите, рано или поздно вы увидите звезду. Неважно, насколько крошечный участок неба вы выберете для наблюдений, линия, протянутая от вас в космос в том направлении, должна когда-то упереться в звезду. Она может находиться в мириадах световых лет от нас, но, если Вселенная на самом деле бесконечна, это всего лишь легкая прогулка по сравнению с той бесконечностью.

И в этом-то заключается проблема. Чем дальше звезда, тем меньше ее кажущийся размер, разумеется, поэтому она также кажется более тусклой. Но уменьшение в размере и яркости компенсируется тем, что Вселенная бесконечна. Чем дальше, тем больше звезд, и более того, количество звезд увеличивается в тех же пропорциях, в каких уменьшается яркость. Эти два момента компенсируют друг друга [125] Немного математики: как и силы тяготения, яркость звезды уменьшается с квадратом расстояния до нее — удвойте расстояние до звезды, и ее видимая яркость составит одну четверть. Но, если звезды равномерно распределены по Вселенной, вы, по сути, суммируете весь свет от всех звезд, находящихся на отдельно взятом расстоянии от вас, а они образуют поверхность сферы. Площадь поверхности сферы зависит от квадрата ее радиуса. Соответственно, яркость уменьшается с квадратом расстояния, а количество звезд увеличивается с квадратом расстояния, взаимно компенсируя друг друга. . Поэтому, если считается, что небо полно звезд, буквально так, что между ними совсем не наблюдается пространства, тогда все небо должно светиться с такой же яркостью, как и сама звезда. Любому наблюдателю внутри такой Вселенной казалось бы, что небо такое же яркое, как и Солнце, куда ни посмотри.