Мартин Рис - Всего шесть чисел. Главные силы, формирующие Вселенную [litres]

Независимо от того, как создаются элементы, изменения в значении числа ε отразились бы на длине периодической таблицы. Более слабая атомная сила переместила бы наиболее прочно связанные атомы (которым сейчас является железо, № 26) ниже в периодической таблице и понизило бы количество стабильных элементов до уровня куда меньшего, чем 92. Это привело бы к «обедневшей» химии. Наоборот, увеличение значения числа ε могло бы повысить стабильность тяжелых атомов.

На первый взгляд, более длинный список различных распространенных атомов открывает путь к более интересной и разнообразной химии. Но это вовсе не само собой разумеется – например, английский язык не стал бы значительно богаче, если бы в алфавите было больше букв. Аналогично и сложные молекулы могут существовать в бесконечном разнообразии, хотя и состоят из относительно небольшого набора общих элементов. Химия была бы скучнее (а сложные молекулы, необходимые для жизни, в ней вовсе бы не существовали), если бы в изобилии не было кислорода и железа (№ 8 и № 26 соответственно), а особенно – углерода (№ 6). При этом мало что изменится от увеличения количества часто встречающихся элементов или от наличия нескольких дополнительных стабильных элементов, помимо привычных нам 92.

Существующее ныне сочетание элементов зависит от значения числа ε, но куда более значимо то, что никакая основанная на углероде биосфера не может существовать, если оно будет равно 0,006 или 0,008, а не 0,007.

Я уже рассказал, как были созданы атомы периодической таблицы и что мы – это звездная пыль или, если быть менее романтичным, «ядерный мусор», оставшийся от топлива, позволяющего звездам сиять. Эти процессы зависят от значения атомной силы, которая «склеивает» протоны и нейтроны внутри атомного ядра и измеряется космическим числом ε = 0,007, которое обозначает, в каком соотношении высвобождается энергия во время термоядерной реакции преобразования водорода в гелий. Но откуда появились самые первые протоны и атомы водорода и как из изначальной материи образовались первые галактики и звезды? Чтобы ответить на эти вопросы, нам нужно расширить наши границы в пространстве и во времени – в межгалактическую область и назад в ту эпоху, когда еще не было первых звезд. Мы должны познакомиться с другими числами, которые описывают нашу Вселенную, и удостовериться, что наше появление зависит от их точного значения.

Звезды собираются в галактики, которые являются основными единицами, образующими Вселенную. Наша Галактика – одна из самых типичных. Ее сотня миллиардов звезд лежит главным образом в плоскости диска, кружась вокруг яркой внутренней выпуклости – «балджа», где звезды расположены ближе друг к другу, чем в плоскости. Прямо в центре скрывается черная дыра с массой, в 2,5 млн раз превышающей солнечную. Лучу света потребуется 25 000 лет, чтобы добраться от нас до центра Галактики, а мы вместе с Землей находимся чуть дальше, чем на полпути от центра до края диска. С того места, где расположено Солнце, другие звезды диска выглядят как лента, тянущаяся через все небо, мы ее называем Млечный Путь. Обычным звездам потребуется более 100 млн лет, чтобы совершить полный оборот вокруг центра Галактики (этот оборот иногда называют «галактическим годом»).

Туманность Андромеды, наш самый близкий космический сосед, находится примерно в 2 млн св. лет. Для астронома, находящегося на планете, обращающейся вокруг одной из звезд в Туманности Андромеды, наша Галактика будет выглядеть приблизительно так же, как для нас Туманность Андромеды: диск из звезд и газа, кажущийся наклоненным и вращающийся вокруг центральной основы. С помощью мощных телескопов можно увидеть миллионы других галактик. Не все из них по форме напоминают диски [19] Такие галактики астрономы обычно называют спиральными. – Прим. пер. – другой важный класс составляют так называемые «эллиптические галактики», в которых звезды не организованы как диск, а кружат по более свободным орбитам, испытывая притяжение всех остальных звезд такой галактики.

В космосе галактики не располагаются случайным образом: большинство из них собираются в группы или кластеры, которые притяжение удерживает вместе. Наша собственная Местная группа галактик включает Млечный Путь и Туманность Андромеды, а также 43 карликовые галактики (по крайней мере, по последним подсчетам их было именно столько – ученые продолжают находить очень слабых и маленьких членов Местной группы). Притяжение тянет Туманность Андромеды в нашу сторону со скоростью приблизительно 100 км/с. Примерно через 5 млрд лет наши спиральные галактики могут столкнуться. В космосе такие столкновения являются рутинными событиями: в его глубинах мы видим много других галактик, которые, надо полагать, пережили такие встречи с соседями.

Галактики являются такими огромными и разреженными, и звезды в них так рассеяны, что реальные столкновения между ними происходят чрезвычайно редко. (Это полностью верно по отношению к соседям Солнца, поскольку даже самые близкие из них выглядят слабыми искрами света.) Даже когда две галактики столкнутся вместе и перемешаются, столкновений звезд будет очень немного. Единственное, что произойдет, – каждая звезда испытает на себе коллективное притяжение всего вещества из другой галактики. Орбиты так исказятся, что звезды в конце концов окажутся не в двух отдельных дисках, а в едином хаотичном рое. Именно так выглядят эллиптические галактики, и я подозреваю (хотя на этот вопрос все еще нет однозначного ответа), что большие эллиптические галактики формировались именно подобным образом.

Наша Местная группа галактик расположена около края Скопления Девы – архипелага из нескольких сотен галактик, центр которого находится примерно в 50 млн св. лет от нас. Скопления и группы организуются в еще более крупные объединения. Так называемая Великая Стена, напоминающая простыню полоса из галактик протяженностью более 200 млн св. лет, – это ближайшее к нам и самое выдающееся из таких гигантских образований. Другое скопление – Великий Аттрактор – притягивает нас и все Скопление Девы со скоростью несколько сотен километров в секунду.

Многое созданное природой (горные пейзажи, прибрежные линии, деревья, кровеносные сосуды и т. д.) имеет структуру фрактала. Фрактал – это множество, которое имеет особое математическое свойство: если увеличить его малую часть, то она совпадет со всем целым. Если бы наша Вселенная имела подобную форму – состояла из скоплений, скоплений, скоплений и так до бесконечности , тогда как бы глубоко мы ни погружались в космос и какой бы объем ни охватили, галактики имели бы «пятнистое» распределение. Забираясь глубже, мы бы просто охватывали все больший масштаб в иерархии скоплений. Но наша Вселенная выглядит не так. Мощные телескопы показывают галактики, отдаленные от нас на несколько миллиардов св. лет. Внутри этого более чем огромного объема астрономы выделили множество таких же скоплений, как Скопление Девы, и нашли такие же структуры, как Великая Стена. Но более глубокие поиски не выявляют никаких отчетливых структур более крупного масштаба. По словам гарвардского астронома Роберта Киршнера, мы достигли «предела величия». Коробка со сторонами 200 млн св. лет (а это расстояние все еще невелико по сравнению с границами наших наблюдений, которые составляют примерно 10 млрд св. лет) достаточно вместительна, чтобы содержать в себе самые большие структуры и быть «вполне приличной» вселенной. Где бы она ни находилась, такая коробка будет вмещать примерно одинаковое число галактик, сгруппированных подобным образом в скопления, нитевидные структуры и т. д. Иерархия скоплений не копируется до бесконечно огромного масштаба.