Читать книгу "Астрономия на пальцах. Для детей и родителей, которые хотят объяснять детям - Александр Никонов"

Звук – это волна. Чем она чаще – тем выше тон. Чем реже – тем ниже тон. Когда источник звука приближается, звуковая «гармошка» волны приближающимся объектом как бы сжимается. А когда звук удаляется, она растягивается. То есть звук приближающийся высокочастотный, а удаляющийся – низкочастотный.

Понять, почему происходит сжатие и растяжение гармошки колебаний, несложно. Если объект к вам приближается, каждое очередное колебание, каждая очередная звуковая волна, им порождаемая, производится ближе к вам, то есть сам объект настигает волны, догоняет их. Представьте себе автоматчика, который стреляет и мчится вперед к мишени со скоростью, сравнимой со скоростью выпускаемых пуль. Техническая скорострельность автомата неизменна – 600 выстрелов в минуту. С такой частотой пули бы и шлепались в мишень, если бы стрелок был неподвижен. Но он бежит вслед за пулями, как полоумный, и каждую следующую пулю выпускает ближе к мишени, то есть ей лететь уже немного меньше до попадания, то есть она быстрее прилетит. Иными словами частота шлепанья пуль в мишень увеличивается при набегании источника частоты на мишень.

А если стрелок от мишени стремительно убегает, стреляя назад? Тогда все наоборот – каждая следующая пуля выпускается с большего расстояния, пулям лететь все дольше, и дольше, и дольше, поэтому частота шлепанья пуль в мишень падает.

Со звуком то же самое.

И со светом.

Свет – это электромагнитная волна.

Если объект к нам приближается, частота излучаемого им в нашу сторону света растет, то есть свет смещается в строну голубого и фиолетового. А если объект от нас удаляется, частота падает, стало быть свет смещается в сторону красного. Это и называется красным смещением.

От частоты видимого электромагнитного излучения, которое обычно называют светом, зависит наше восприятие. Высокочастотные волны кажутся нам фиолетовыми, низкочастотные – красными. Правее фиолетового находится ультрафиолетовое излучение, левее красного – инфракрасное. И то, и другое мы не видим. Зато можем почувствовать не глазами, а кожей: инфракрасное – как тепло, а от ультрафиолета наша кожа загорает.

На эффекте Доплера, кстати, работают гаишные радары, которыми злые люди в фуражках, охочие до чужих денег, меряют скорость машины вашего папы на дороге. Черти будут их жарить за это в аду! Но вместе с тем гаишный прибор, именуемый радаром, – замечательное достижение физики, он вычисляет скорость машины по изменению частоты электромагнитной волны, испущенной радаром и потом отраженной от машины.

Чем быстрее движется машина, тем больше она смещает частоту отражаемой волны в строну ее увеличения. Прибор знает собственную частоту, меряет частоту отраженную и по разнице устанавливает скорость. Какая подлость!

Так вот, астрономы, выступившие в роли гаишников, заметили, что все далекие космические объекты – квазары, галактики – излучают с красным смещением. И чем дальше от нас объект, тем больше это смещение в низкочастотную область, то есть чем дальше объект, тем с большей скоростью он от нас удаляется.

Выходит, все галактики разлетаются друг от друга, как осколки гранаты! А раз так, раз Вселенная расширяется, значит, когда-то она была меньше. Вчера меньше, чем сегодня, позавчера меньше, чем вчера… То есть она имела некое начало.

Физики прикинули темпы разлета и поняли, что он начался 13,7 миллиарда лет назад. Таков возраст нашего мира.

Все это напоминает некий взрыв. Собственно, современная теория возникновения Вселенной такое название и получила – теория Большого взрыва. Теория говорит, что Вселенная начала раздуваться из бесконечно малой точки с бесконечно большими плотностью и температурой. Остатки этой температуры в виде так называемого реликтового излучения были учеными экспериментально обнаружены, что также подтвердило версию ранней очень горячей Вселенной, которая по мере разлета быстро охлаждалась. Реликтовое излучение – это слабенькое фоновое излучение космоса, остаточное тепло Вселенной, которое заполняет все пространство нашего мира и является следом Большого взрыва, породившего мир.

Отметили важность сказанного? Вселенная начала раздуваться из точки бесконечно малого радиуса с бесконечной плотностью. Как называется такая точка, мы уже знаем: сингулярность. Только до этого мы встречались со схлопывающейся в сингулярность материей в виде черной дыры. А тут, напротив, из сингулярности появилась вся наша Вселенная, она буквально взорвалась. Ранее мы говорили, что никаких белых дыр, в которые через точку сингулярности выворачиваются наизнанку черные дыры, ученые во Вселенной не наблюдают. Так, может, белой дырой является вся наша Вселенная? Взяла и вывернулась в белую дыру через сингулярность, которая схлопнулась черной дырой в какой-то другой Вселенной?

Помните, мы говорили, что быть может вся наша Вселенная для внешнего наблюдателя является черной дырой? А вот теперь, напротив, говорим, что она – белая дыра! Но это противоречие кажущееся. Ведь по этой теории белая дыра и черная дыра – один и тот же объект. Похожий на оренбургский пуховый платок, протащенный через обручальное кольцо сингулярности. К тому же в качестве белой дыры Вселенная видится только нам. А для того, кто смотрел на нее ранее, «до» сингулярности, она была черной дырой. Ну, если, конечно, эта теория вообще верна.

Черная дыра выворачивается через сингулярность в белую дыру.

Кстати, словечко «до» чуть выше я не зря взял в кавычки! Всех граждан ужасно интересует ответ на следующий вопрос: если Вселенная имеет начало, то что же было до этого начала, до Большого взрыва? И на этот вопрос я отвечу. И объясню, почему «до» взято мною в кавычки. Но сперва нужно поговорить о том коротком промежутке времени, который мы упустили из рассмотрения – между сингулярностью и эпохой, когда Вселенная оказалась заполнена водородом (с небольшой примесью гелия), из коего и начали формироваться звезды и галактики.

Что творилось на этом этапе? Откуда взялся водород? И как вообще материя ведет себя в столь необычных условиях, которые порождает сингулярность? Сразу отвечу: этого никто не знает. У физиков нет математического аппарата, который работал бы в таких странных условиях – условиях бесконечностей. Но зато у них есть математический аппарат, который описывает поведение материи в условиях, очень близких к сингулярности. Вот с какого-то микроскопического момента времени, отстоящего от сингулярности, все становится более-менее ясным. А с самой сингулярностью – ничего не ясно. Может быть как таковой ее и не существует. Может, никогда не была Вселенная нулевой по объему и бесконечной по плотности, а была она все-таки микрообъектом с конечными величинами.