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

На самом деле ситуация сложнее, потому что скорость разбегания не постоянна. Сила притяжения, которую все во Вселенной прикладывает ко всему во Вселенной, вызывает замедление скорости, благодаря которому первые стадии космического расширения были относительно короткими. Но (об этом мы поговорим в главе 7) в дело может включиться еще одна сила, которая приведет к ускорению расширения. Вследствие этого до сих пор остается некоторая неуверенность по поводу того, как далеко во времени (или как далеко в пространстве) отстояли от нас эти отдаленные галактики: наиболее вероятное предположение – свет от них двинулся в путь, когда возраст Вселенной составлял примерно одну десятую от сегодняшнего.

Специалисты по космологии изучают «ископаемые остатки» прошлого: старые звезды, химические элементы, синтезированные, когда наша Галактика была юной, и т. д. В этом смысле они напоминают геологов или палеонтологов, пытающихся узнать об эволюции Земли и ее фауны. Но космологи имеют преимущество перед другими учеными, которые не могут проводить эксперименты и зависят от «исторических» доказательств. Направив свои телескопы на отдаленные объекты, космологи могут увидеть ту эволюцию, которую изучают: население далеких галактик, чей свет начал свой путь миллиарды лет назад, выглядит по-другому по сравнению с нашими ближайшими соседями. Из-за однородности в больших масштабах у всех частей Вселенной похожая история. Таким образом, по крайней мере с точки зрения статистики, эти отдаленные галактики должны быть похожи на то, как миллиарды лет назад выглядели наш Млечный Путь, Туманность Андромеды и другие соседние галактики.

Поле зрения телескопа – длинный тонкий конус, расширяющийся до границ обзора. Объекты, находящиеся на разном расстоянии, рассказывают нам об определенных эпохах в прошлом. Чем дальше расстояние, на которое мы углубляемся, тем глубже мы продвигаемся назад во времени. Это напоминает скважину, пробуренную сквозь следующие один за другим слои антарктического льда, чтобы узнать об истории климата Земли.

Космический телескоп «Хаббл» преследовали задержки запуска, ошибки в конструкции и превышения бюджета, но на сегодняшний день – лучше, как говорится, поздно, чем никогда, – он оправдал надежды, которые астрономы возлагали на него. Его расфокусированное зеркало было откорректировано первой пилотируемой экспедицией по обслуживанию в 1994 г., также были улучшены бортовые оптические датчики. Преодолевая все несчастья, «Хаббл» продолжает работать. Но не менее важны и усовершенствования более крупных наземных телескопов нового поколения. Их зеркала размером 8–10 м обеспечивают собирающую поверхность в 16 раз больше, чем у «Хаббла», и могут собрать намного больше света от очень тусклых отдаленных галактик. Два телескопа обсерватории Кека на горе Мауна-Кеа на Гавайях были первыми введенными в строй инструментами нового поколения. Теперь их стало больше. Самый впечатляющий из всех – это «Очень Большой Телескоп» (Very Large Telescope, VLT), комплекс из четырех телескопов, каждый из которых имеет восьмиметровое зеркало, установленный в чилийских Андах Европейской Южной обсерваторией.

Четкость изображений, полученных от этих наземных телескопов, ограничена искажением, вызванным турбулентностью в атмосфере (тем же самым процессом, из-за которого мы видим мерцание звезд). Эти границы можно раздвинуть или связав вместе два телескопа, совмещая полученные от них изображения, или с помощью так называемой адаптивной оптики, когда зеркало постоянно подстраивается и приспосабливается к тому, чтобы компенсировать флуктуации атмосферы.

Эти великолепные приборы сделали снимки Вселенной в момент формирования первых галактик. Возможно, первые звезды появились даже раньше в формированиях меньших, чем сегодняшние галактики, но они были слишком тусклыми, чтобы мы могли их увидеть. Позже такие скопления объединились в более крупные структуры. Скорость, с которой газ конденсируется в звезды, – это скорость «метаболизма» галактики. По всей видимости, своего пика она достигла, когда возраст Вселенной составлял четверть от сегодняшнего (хотя первый свет звезд появился гораздо раньше). Сейчас ярких звезд появляется не много, потому что большая часть газа в «материнских» галактиках уже задействована в более старых звездах.

По крайней мере, с таким сценарием согласно большинство специалистов по космологии. Для того чтобы уточнить детали, потребуется больше наблюдений и более полное понимание того, как образуются звезды. Целью этой работы является создание согласующегося сценария, который будет не только совпадать с тем, что мы знаем о сегодняшних галактиках, но и принимать во внимание все более и более детальные снимки того, как звезды выглядели и как создавались их скопления в начале истории Вселенной. Когда информации мало, она может соответствовать нескольким совершенно неправильным теориям, но, когда доказательств становится больше, мы должны остановиться на единственной картине, которая описывает, как все работает.

С увеличением расстояния наши знания увядают, и увядают быстро. В конце концов мы достигаем границы темноты, предела возможного для нашего телескопа. Там мы измеряем тени и рыщем среди призрачных ошибок измерений в поисках заметных объектов, которые будут более вещественными. Этот поиск будет продолжаться. Лишь только когда эмпирические источники истощатся, нам придется пройти в призрачное царство размышлений.

Это последние слова из классической книги Эдвина Хаббла «Царство туманностей» (Realm of the Nebulae, 1936). Современные достижения обрадовали бы, а возможно, и потрясли бы Хаббла. Эти успехи принес космический телескоп, названный его именем, а также огромные телескопы на Земле.

А что было в те еще более ранние эпохи, до того как начали формироваться галактики? Лучшее доказательство тому, что вначале все находилось в сверхсжатом состоянии, – это то, что межгалактическое пространство не является абсолютно холодным. Тепло, которое в нем присутствует, – «остаточное свечение творения» – обнаруживается как микроволновое излучение, то самое, что подогревает блюда в микроволновке, но гораздо слабее. Первое обнаружение космического фонового микроволнового излучения [21] В русскоязычной литературе используется термин «реликтовое излучение», который мы и будем использовать в этой книге. – Прим. ред. в 1965 г. было самым важным событием в космологии со времен открытия расширения Вселенной. Более поздние измерения подтвердили, что реликтовое излучение имело отличительную черту: его интенсивность на различных длинах волн, представленная в виде графика, соответствует спектру теплового равновесного излучения того, что физики называют «абсолютно черным телом». Так выглядит температурная кривая, когда излучение приходит в равновесие с окружающей средой (как это происходит глубоко внутри звезды или плавильного горна, который сильно нагревали в течение длительного времени). Именно этого можно ожидать, если реликтовое излучение действительно является остатками «огненного шара», когда вся Вселенная была раскаленной, плотной и непроницаемой.