Говерт Шиллинг - Складки на ткани пространства-времени [Эйнштейн, гравитационные волны и будущее астрономии] [litres]

Наконец, мы подходим к рассказу о послесвечении творения. Этот термин, предложенный или, по крайней мере, популяризированный британским астрономом и писателем Маркусом Чауном, обозначает то, что наблюдатель видит на самом краю персональной наблюдаемой Вселенной, – бледный отсвет чудовищного Большого взрыва.

Чем глубже вы смотрите в пространстве, тем дальше в прошлое – во времени. На космическом горизонте – на краю наблюдаемой Вселенной – это ретроспективное время составляет 13,8 млрд лет. Любое излучение, принимаемое нами с этого дальнего края, было испущено 13,8 млрд лет назад, сразу же после рождения Вселенной. Оно позволяет нам увидеть, как выглядела Вселенная в то время.

Первые несколько сотен тысяч лет существования Вселенная была заполнена бушующей плазмой, настолько плотной и горячей, что свет не мог сквозь нее проникнуть. Но когда Вселенная достигла возраста 380 000 лет, плотность и температура уменьшились настолько, что смогли образоваться электрически нейтральные атомы. Впервые фотоны (Эйнштейновы «частицы света») смогли беспрепятственно двигаться в пространстве. Вселенная стала прозрачной.

Как я уже говорил, в те времена вся Вселенная была горячей и ослепительно яркой, как поверхность Солнца. Следовательно, посмотрев на тот период прошлого, на космический горизонт, мы должны увидеть свечение Большого взрыва, куда бы ни направили взгляд. И мы его видим! Правда, это первичное излучение находилось в пути 13,8 млрд лет (минус 380 000 лет, которыми можно пренебречь) и стало исчезающе слабым. Более того, излучение двигалось в непрерывно расширяющейся Вселенной. Вследствие этого длина его волны растянулась примерно в 1000 раз и ослепительное сияние в диапазоне видимого света превратилось в почти не воспринимаемый свист радиочастот. Этот свист принято называть космическим микроволновым фоновым излучением или реликтовым излучением. Но в поэтическом настроении я предпочитаю называть его послесвечением творения.

Реликтовое излучение было открыто в 1964 г., более полувека назад. С тех пор его изучают все более подробно, о чем мы узнаем из главы 10. Это неудивительно: реликтовое излучение – самый старый сигнал, который могут наблюдать астрономы. Подобраться ближе к моменту рождения Вселенной мы не в силах.

Некоторым людям трудно осознать, что послесвечение творения можно непрерывно изучать десятилетиями. В сущности, наблюдать его могли бы неандертальцы и даже динозавры, имей они достаточно чувствительные инструменты. Наши отдаленные потомки, возможно, будут исследовать его через миллион лет. Но разве рождение Вселенной не было неуловимо кратким событием? Разве излучение той эпохи уже не должно было просто промчаться мимо? Как нам удается до сих пор наблюдать послесвечение?

Объяснение также связано с конечностью скорости света. Поставим очередной мысленный эксперимент. Представьте, что находитесь на большой городской площади в многотысячной толпе. Площадь буквально запружена народом. Всем приказано синхронизировать часы до секунды и крикнуть «Ха!» ровно в полдень. Одна деталь: городская площадь находится на планете, где скорость звука составляет не привычные нам 330 м/с, а всего 1 м/с.

Что происходит в полдень? Вы во всю мощь легких кричите «Ха!». Созданный вами звук распространяется во все стороны. Через одну секунду вы уже не можете слышать собственный выкрик, но в 12:00:01 слышите дружное «Ха!» окружающих, находящихся от вас на расстоянии 1 м, – звуку, который они произвели в полдень, потребовалась одна секунда, чтобы дойти до вас. В 12:00:02 вы по-прежнему слышите «Ха!» – от людей на дистанции 2 м. Даже через минуту после полудня крик достигает ваших ушей – его издали люди в 60 м от вас.

Самое смешное, что никто уже не кричит. Все, кто был на площади, издали один короткий выкрик ровно в полдень. Но вы продолжаете слышать выкрики, доносящиеся со все большей дистанции. Если площадь по-настоящему велика, вы будете слышать «Ха!» долгие часы – как и любой человек на площади. Некто в 300 м от вас услышит ваше «Ха!» в 12:05. И так далее.

Городская площадь – это Вселенная. Коллективное «Ха!» в полдень – относительно короткий выброс реликтового излучения вскоре после Большого взрыва. Реликтовое излучение, испущенное 13,8 млрд лет назад в нашей точке пространства – прямо там, где вы сейчас находитесь, давным-давно рассеялось во Вселенной. Но мы до сих пор получаем слабые сигналы из все более дальних точек пространства. (Если вы хотите усовершенствовать аналогию, замените мостовую городской площади резиновым полотнищем, которое кто-то растягивает за края, – это и будет расширяющаяся Вселенная!)

Космология – активно развивающаяся область науки, полная тайн и поразительных открытий. Возможно, мы никогда в полной мере не поймем, как все началось, но мы уже оставили далеко позади «В начале было ничто, и оно взорвалось» Терри Пратчетта. Может быть, регистрация первичных гравитационных волн, возникших в момент Большого взрыва, позволит нам увидеть рождение Вселенной в новом свете. Теперь отправимся к географическому Южному полюсу, чтобы узнать, насколько близок долгожданный прорыв [58] Для дополнительной информации см. следующие кн.: Силк Дж. Большой взрыв: Рождение и эволюция Вселенной (аудиокнига). – Нигде не купишь, 2017; Simon Singh, Big Bang: The Most Important Scientific Discovery of All Time and Why You Need to Know about It (Саймон Сингх. Большой взрыв: Самое важное научное открытие всех времен, и почему вы должны об этом знать) [New York: Fourth Estate, 2004]; George Smoot and Keay Davidson, Wrinkles in Time: The Imprint of Creation (Джордж Смут, Кей Дэвидсон. Морщины времени: Отпечаток Творения) [London: Little, Brown and Company, 1993]; Dennis Overbye, Lonely Hearts of the Cosmos: The Story of the Scientific Quest for the Secret of the Universe (Деннис Овербай. Одинокие сердца космоса: История научного поиска разгадки тайны Вселенной) [New York: HarperCollins, 1991]. .

Мы с Шаулом Ханани встречаемся в Antarctica Hilton.

Нет, это не роскошный отель с фойе, баром и паркингом для снегоходов. Под роскошным названием скрывается по сути сарайчик, в котором можно провести какое-то время, не замерзнув насмерть. Одна дверь, пара окон, две деревянные скамьи – вот и все. Вокруг расстилается безбрежная равнина льда и уплотненного ветром снега. Отопления нет.

С утра я побывал на полигоне для запуска шаров-зондов длительного действия (LDBF) Национального научного фонда недалеко от станции «Мак-Мёрдо» – научно-исследовательской базы США на берегу ледового континента [59] Мое посещение антарктических станций Мак-Мёрдо и Амундсен – Скотт в декабре 2012 г. было организовано и профинансировано Национальным фондом содействия развитию науки в рамках программы Antarctic Journalist. . В огромном ангаре на гигантских лыжах – официально он называется сборочным цехом полезной нагрузки – готовился к пятой и последней миссии телескоп с большой апертурой субмиллиметрового диапазона с базированием на воздушном шаре (Balloon-borne Large-Aperture Submillimeter Telescope, BLAST). Куратором проекта является Марк Девлин из Пенсильванского университета. Как явствует из названия, телескоп изучает Вселенную в радиоволнах длиной в доли миллиметра. С земной поверхности это делать невозможно (микроволновое излучение поглощается молекулами воды в атмосфере), поэтому Девлин и члены его команды на срок до двух недель поднимают инструмент в стратосферу на гигантском воздушном шаре, заполненном гелием.