Читать книгу "Вселенная на ладони - Колин Стюарт"

Факт существования РМИ является неопровержимым доказательством того, что Вселенная началась с маленькой горячей точки

Снимок 1998–1999 годов аналеммы, изображенной на стекле витрины офиса Лабораторий Белла, Мюррей Хилл, Нью Джерси; статья Дж. Фисберна в Английской «Википедии».

Для того чтобы уловить послесвечение Большого взрыва, вам не нужна массивная рупорная антенна. Переключая каналы на старом аналогом телевизоре, вы слышите шипение и видите скачущие черные и белые полосы. Точно так же можно услышать треск и хруст при переходе между станциями на аналоговом радиоприемнике. Один процент от этих помех связан с РМИ. Вы ловите самый старый свет во Вселенной, эхо Большого взрыва, смещенное к более низким частотам в результате ее расширения.

Квазары

За год до открытия реликтового микроволнового излучения Мартен Шмидт обнаружил первый квазар. Эти космические объекты представляют собой экстремально яркие ядра галактик. С того времени астрономы обнаружили в общей сложности более 200 тысяч квазаров. Почти все они, по-видимому, находятся очень далеко от Земли.

Факт того, что ранняя Вселенная включала в себя множество квазаров, тогда как в местной (современной) Вселенной их не так много, может означать одно: космос со временем эволюционировал. А это значит, что Вселенная не может находиться в стационарном состоянии. Мы также не обнаружили ни одной звезды, возраст которой превышает 13,8 миллиарда лет – времени, когда предположительно произошел Большой взрыв. Таким образом, квазары представляют собой один из четырех столпов, на которых держится теория Большого взрыва.

Четыре столпа теории Большого взрыва:

– расширение Вселенной;

– нуклеосинтез, или ядерный синтез (75 % водорода / 25 % гелия);

– реликтовое микроволновое излучение;

– распределение квазаров.

ГДЕ НАХОДИТСЯ ЦЕНТР ВСЕЛЕННОЙ?

Это действительно самый распространенный вопрос. Люди часто думают, что мы должны находиться в центре, потому что мы видим, как Галактика удаляется от нас во все стороны. Но люди в любой другой галактике сказали бы то же самое. Ранее мы сравнивали галактики с изюминками в расширяющемся тесте. Поставьте себя на место любой изюминки, и вы увидите, как все остальные изюминки удаляются от вас. Но они не могут все без исключения одновременно находиться в центре.

Астрономов часто просят показать то место, где произошел Большой взрыв, но это просто невозможно. Вероятно, из-за того, что Большой взрыв часто сравнивают с обычным взрывом, люди воображают, что это детонировала именно бомба. Если бомба взрывается в комнате, можно будет использовать осколки для того, чтобы определить, где именно в комнате она детонировала. Разница состоит в том, что в результате Большого взрыва образовалось космическое пространство. Представьте, что взорвавшаяся бомба создала комнату, а затем задайте вопрос, где в комнате она взорвалась.

Возьмите любую точку во Вселенной и представьте себе, где она находилась во время большого взрыва. Она была частью этого взрыва. Вот почему астрономы говорят, что Большой взрыв произошел одновременно и везде.

Проблемы Большого взрыва

На сегодня теория Большого взрыва бесспорно лучшая из всех, которая у нас имеется для объяснения того, как и из чего произошла Вселенная. Все указывает на то, что она началась с маленькой горячей точки. И все же эта теория не лишена некоторых затруднений, которые невозможно обойти.

Как может что-то произойти из ничего?

Согласно первоначальной версии теории Большого взрыва, Вселенная начинается как сингулярность – бесконечно малая, бесконечно плотная точка, существование которой предусматривалось общей теорией относительности Эйнштейна. Это было в буквальном смысле этого слова ничто. Но как из ничего может возникнуть что-то?

Пожалуй, данная сингулярность не является реальным свойством Вселенной. Скорее, это яркий, неоновый указатель того, что мы не вполне корректно понимаем физику. Как мы уже видели в главе 4, физики пытаются объединить революционную теорию Эйнштейна с квантовой физикой для создания более завершенной Теории всего.

Мы уже знаем, что в квантовом мире нечто вполне может возникнуть из ничего. Даже в абсолютном вакууме энергия может превратиться в пару частиц, которые затем мгновенно исчезают. Физики называют их виртуальными частицами. Эти же самые частицы участвуют в излучении Хокинга из черных дыр. Теория всего могла бы показать нам, что структура пространства-времени Эйнштейна не является непрерывной, а образована из серий пузырьков. Если это так, то эти пузырьки могли возникнуть и исчезнуть точно так же, как виртуальные частицы.

В таком случае существует вероятность, что наша Вселенная не возникла из ничего, а появилась из крошечного пузырька в пространстве-времени.

Почти из сингулярности, но не совсем. Однако нам необходимо получить объяснение, почему наш пузырек расширялся, вместо того чтобы просто исчезнуть.

В первоначальной версии теории Большого взрыва нет ничего такого, что помогло бы нам объяснить это затруднение.

Что происходило до Большого взрыва?

Этот вопрос напрямую связан с предыдущим вопросом – как что-то может возникнуть из ничего? Первоначальная версия теории Большого взрыва говорит о том, что время было запущено вместе со взрывом сингулярности. Ровно так же, как нет ничего севернее Северного полюса, не было ничего до самой ранней точки отсчета времени.

Такой ответ не удовлетворяет большинство людей, особенно если рассматривать обычные причинно-следственные связи. Предположим, вы роняете книгу. Ее удар о пол (следствие) случится после того, как вы позволили ей это сделать (причина). Нам хорошо знакома идея того, что, если вы видели только то, как книга ударяется о пол, вы имеете право полагать, что несколько ранее кто-то уронил ее.

Если Большой взрыв был следствием, тогда что было причиной? Если следствие создало время, тогда как может существовать априорная причина? В рамках первоначальной модели Большого взрыва рассуждения о времени до Большого взрыва просто лишены смысла.

Магнитные монополи

В рамках первоначальной теории Большого взрыва ранняя Вселенная могла быть достаточно горячей, чтобы создавать магнитные монополи – гипотетические частицы, обладающие только одним магнитным полюсом. Однако физикам ни разу не встречались никакие магнитные монополи ни в одной части Вселенной.

Колебания температур в реликтовом микроволновом излучении

Когда в результате рекомбинации высвобождался свет, который мы сейчас рассматриваем как реликтовое микроволновое излучение, температура вселенной равнялась около 3000 К (2727 градусам по Цельсию). Но сегодня излучение, которое мы улавливаем от РМИ, соответствует температуре, равной всего 2,7 К, так как Вселенная значительно расширилась.