В начале было сотворение Вселенной. Оно рассердило многих и было повсеместно расценено как неразумный шаг.
Дуглас Адамс. Автостопом по галактике
Представьте, что всё, что мы видим — звезды, галактики, туманности — это всего лишь крошечный островок в бескрайнем океане пространства-времени. А что за его горизонтом? Бесконечное множество других вселенных, где ваша копия прямо сейчас читает эту же статью? Звучит как фантастика, но именно над этим сегодня ломают голову ведущие космологи.
Как же мы, люди, оказались на этом космическом островке и что мы о нем знаем? Давайте отправимся в путешествие длиной в 13.8 миллиардов лет.
Факт 1: Мы не видим Вселенную настоящей. Мы видим ее гигантский музей
Свет летит не мгновенно. Глядя на Солнце, мы видим его таким, каким оно было 8 минут назад. А на ближайшую крупную галактику, Андромеду, — такой, какой она была 2.5 миллиона лет назад. В это время на Земле еще не было человека разумного!
Этот принцип — «аберрационное время» — ключ к пониманию космоса. Самая дальняя из обнаруженных галактик, GN-z11, видна нам в состоянии, в котором она была 13.4 миллиарда лет назад. Мы не видим, что с ней стало сейчас. Мы смотрим в глубокое прошлое, как в гигантский музей, где экспонаты — это свет от разных эпох.
Именно поэтому ночное небо — черное. Это и есть ответ на знаменитый парадокс Ольберса: если бы Вселенная была бесконечна и вечна, каждый кусочек неба упирался бы в звезду, и небо было бы ослепительно ярким. Но у Вселенной было начало, и ее горизонт видимости для нас ограничен 13.8 миллиардами световых лет.
Факт 2: У Вселенной было начало. И за это боролись две научные теории
В середине XX века ученые спорили, была ли у мира «точка отсчета».
- Теория стационарной Вселенной (Фред Хойл). Вселенная вечна и неизменна. Она расширяется, но новая материя постоянно рождается из ничего, чтобы заполнить пустоты.
- Теория Большого Взрыва (Георгий Гамов). Вселенная родилась из невероятно плотного и горячего состояния и с тех пор расширяется и остывает.
Спор решился в 1964 году случайно. Два инженера, Арно Пензиас и Роберт Вильсон, пытались убрать шум в своей антенне. Они даже счищали с нее голубиный помет! Но таинственный «шум» никуда не делся. Оказалось, они наткнулись на космическое микроволновое фоновое излучение — эхо того самого Большого Взрыва. Это открытие принесло им Нобелевскую премию и похоронило теорию стационарной Вселенной.
Факт 3: Мы можем «увидеть» младенчество Вселенной — ей было всего 380 000 лет
Что же такое это «эхо»? Представьте себе огненный шар такой плотности, что свет в нем был в ловушке, не мог пройти и миллиметра. Так было первые 380 000 лет жизни Вселенной.
Затем она остыла достаточно, чтобы электроны и атомные ядра объединились в нейтральные атомы. Вселенная вдруг стала прозрачной! И тот самый свет, который был в ловушке, ринулся в космическое пространство.
С тех пор он летел до нас 13.8 миллиардов лет, растянулся и остыл. Сегодня мы ловим его как слабое микроволновое «шипение» с температурой всего -270 °C. Это и есть снимок Вселенной в возрасте 380 тысяч лет — ее первая «фотография».
Факт 4: Наша Вселенная — почти идеально плоская
Ученые, изучая крошечные колебания в том самом реликтовом излучении, сделали еще один шокирующий вывод: наша Вселенная плоская.
Что это значит? Если бы мы запустили в космос два строго параллельных лазерных луча, они бы и через миллиарды лет оставались параллельными. Они не сойдутся (как на сфере) и не разойдутся (как на седле). Пространство устроено удивительно «прямо».
Эта «плоскость» — одно из главных доказательств существования темной энергии, загадочной силы, которая расталкивает Вселенную.
Факт 5: Всё сложное создалось в первые секунды
Вся история мироздания — это история остывания. И самые важные события произошли в первые мгновения:
- Планковская эпоха (10^-43 секунды). Здесь водятся драконы. Наука не может описать эту эру, где все силы были едины, а пространство и время еще не обрели привычную нам форму.
- Эпоха инфляции (10^-35 секунды). Вселенная за ничтожную долю секунды раздулась из пылинки до размеров, возможно, больше, чем вся наша наблюдаемая область сегодня. Это объясняет, почему она такая однородная и плоская.
- Эпоха частиц (10^-12 секунды). Появились стабильные протоны и нейтроны. А крошечный перевес вещества над антивеществом (всего одна миллиардная часть!) позволил возникнуть всему, что мы видим.
- Эпоха нуклеосинтеза (первые 20 минут). За это короткое время протоны и нейтроны успели слепиться в первые ядра: 75% водорода и 25% гелия. Этот расчет идеально совпадает с тем, что мы наблюдаем в космосе сегодня.
Что же в сухом остатке?
Теория Большого Взрыва блестяще объясняет нашу реальность: почему небо темное, откуда взялся легкий химический состав и что за радиошум приходит со всего неба. Но она же и открыла дверь в новые бездны загадок: что такое темная материя и темная энергия? Что запустило космическую инфляцию?
Мы живем в удивительное время, когда картина происхождения мира перестала быть мифом и стала научной теорией, подтвержденной данными. И хотя за горизонтом нашего «островка» нас, возможно, ждут бесконечные миры мультивселенной, наша собственная Вселенная оказывается куда страннее и прекраснее, чем мы могли себе представить.