Стивен Хокинг - Теория всего[Происхождение и судьба Вселенной]

В те времена, когда большинство людей верило в стационарную и неизменную Вселенную, вопрос о том, имела она начало или нет, принадлежал к области метафизики и теологии. Ответы предлагались самые разные. Кто-то верил, что Вселенная существует вечно, другие полагали, что она была приведена в движение в некий конечный момент времени, причем таким образом, чтобы складывалось впечатление, будто она была вечно. Но в 1929 г. американский астроном Эдвин Хаббл совершил эпохальное открытие, обнаружив, что, куда ни обрати взгляд в космосе, далекие звезды стремительно удаляются от нас. Другими словами, Вселенная расширяется. Это означало, что в далеком прошлом небесные тела находились гораздо ближе друг к другу. Складывалось впечатление, что около 10 или 20 млрд лет назад все они находились в одной точке пространства.

Это открытие окончательно перенесло вопрос о возникновении Вселенной в сферу науки. Наблюдения Хаббла предполагали, что в прошлом существовал момент времени, называемый Большим Взрывом, когда Вселенная была заключена в бесконечно малом объеме и, значит, имела бесконечно большую плотность. Если какие-то события и происходили до того, они не могли повлиять на происходящее ныне. Ими позволительно пренебречь, потому что это не возымеет никаких обозримых последствий.

Можно сказать, что в момент Большого Взрыва началось само время, в том смысле, что никаких более ранних времен установить нельзя. Необходимо подчеркнуть, что это начало времени сильно отличается от всего, что рассматривалось прежде. В неизменной Вселенной начало времени — это нечто навязываемое чем-то находящимся за пределами Вселенной. Нет никакой физической необходимости в таком начале. Можно просто верить, что Бог создал Вселенную буквально в любой из моментов прошлого. С другой стороны,

если Вселенная расширяется, то могут существовать физические причины того, почему должно быть начало. Можно полагать, что Бог создал Вселенную в мгновение Большого Взрыва. (Или позднее, но таким образом, чтобы казалось, будто произошел Большой Взрыв.) Однако было бы бессмысленно думать, будто Вселенная сотворена до Большого Взрыва. Расширяющаяся Вселенная не отменяет возможности существования Творца, но ограничивает Его деятельность некоторыми временными рамками.

Наше Солнце и ближайшие к нему звезды составляют часть обширного звездного скопления, называемого нашей Галактикой, или Млечным Путем. Долгое время считалось, что это и есть вся Вселенная. И лишь в 1924 г. американский астроном Эдвин Хаббл показал, что наша Галактика не единственная. Существует множество других галактик, разделенных гигантскими участками пустого пространства. Чтобы доказать это, Хабблу пришлось измерить расстояния до других галактик. Мы можем определять расстояния до ближайших звезд, фиксируя изменения их положения на небесном своде по мере обращения Земли вокруг Солнца. Но, в отличие от ближних звезд, другие галактики находятся столь далеко, что выглядят неподвижными. Поэтому Хаббл вынужден был использовать косвенные методы измерения расстояний.

В настоящее время видимая яркость звезд зависит от двух факторов — фактической светимости и удаленности от Земли. Для наиболее близких звезд мы можем измерить и видимую яркость, и расстояние, что позволяет вычислить их светимость. И наоборот, зная светимость звезд в других галактиках, мы можем вычислить расстояние до них, измерив их яркость. Хаббл утверждал, что определенные типы звезд всегда имеют одну и ту же светимость в тех случаях, когда они расположены от нас на достаточно близких расстояниях, позволяющих провести измерения. Обнаружив подобные

звезды в другой галактике, мы можем предполагать, что они имеют ту же светимость. Это позволит нам вычислить расстояния до иной галактики. Если мы проделаем это для нескольких звезд в какой-то галактике и полученные значения совпадут, то можно быть вполне уверенным в полученных нами результатах. Подобным образом Эдвин Хаббл сумел вычислить расстояния до девяти разных галактик.

Сегодня мы знаем, что наша Галактика лишь одна из нескольких сотен миллиардов наблюдаемых в современные телескопы галактик, каждая из которых может содержать сотни миллиардов звезд. Мы живем в Галактике, поперечник которой около ста тысяч световых лет. Она медленно вращается, и звезды в ее спиральных рукавах делают примерно один оборот вокруг ее центра за сто миллионов лет. Наше Солнце представляет собой самую обычную, средних размеров желтую звезду близ внешнего края одного из спиральных рукавов. Несомненно, мы прошли долгий путь со времен Аристотеля и Птолемея, когда Земля считалась центром Вселенной.

Звезды так далеки от нас, что кажутся всего лишь крошечными светящимися точками. Мы не можем различить их размер или форму. Каким же образом ученые их классифицируют? Для подавляющего большинства звезд надежно определяется только один параметр, который можно наблюдать, — цвет их излучения. Ньютон обнаружил, что пропущенный через призму солнечный свет распадается на составляющий его набор цветов (спектр), такой же, как у радуги. Сфокусировав телескоп на определенной звезде или галактике, можно наблюдать спектр света данного объекта. Разные звезды обладают разными спектрами, но относительная яркость отдельных цветов спектра практически всегда соответствует той, которую можно обнаружить в свечении сильно раскаленных объектов. Это позволяет по спектру звезды вычислить ее температуру. Более того, в спектре звезды можно обнаружить отсутствие некоторых специфических цветов,

причем цвета эти у каждой звезды свои. Известно, что каждый химический элемент поглощает характерный именно для него набор цветов. Таким образом, выявляя линии, отсутствующие в спектре излучения звезды, мы можем точно определять, какие химические элементы содержатся в ее внешнем слое.

Приступив в 1920-х гг. к исследованию спектров звезд в других галактиках, астрономы обнаружили поразительный факт: в них отсутствовал тот же самый набор цветовых линий, что и у звезд нашей Галактики, но все линии были смещены на одинаковую величину в направлении красной части спектра. Единственное разумное объяснение заключалось в том, что галактики удаляются от нас и это вызывает понижение частоты световых волн (так называемое красное смещение) вследствие эффекта Доплера. Прислушайтесь к шуму машин на шоссе. По мере того как автомобиль приближается к вам, звук его двигателя становится все выше сообразно частоте звуковых волн и делается ниже, когда машина удаляется. То же происходит и со световыми или радиоволнами. Действительно, эффектом Доплера пользуется дорожная полиция, определяя скорость автомобиля по изменению частоты посылаемого и принимаемого радиосигнала (сдвиг частоты при этом зависит от скорости отражающего объекта, то есть автомобиля).