Мы привыкли думать, что у любого взрыва есть эпицентр. Граната рванула в одной точке, шарик надувается изнутри, логично же, что и Большой взрыв когда-то случился где-то в космосе, верно? Но с Вселенной такой фокус не пройдет. Она устроена хитрее, чем любая бомба.
Вселенная не разлетается в пространстве — расширялось само пространство.
Боксер и священник с пушкой
Одно из важнейших открытий XX века началось с двух людей, которые попали в астрофизику совершенно неожиданными путями.
Эдвин Хаббл пришел в науку из спорта. Он был боксером и баскетболистом, устанавливал рекорды по прыжкам в высоту и даже работал тренером. Рост 191 см — сейчас таких много, а в те времена это была редкость.
Эдвин Хаббл
Он пообещал умирающему отцу стать юристом, честно получил диплом, поработал адвокатом, но страсть к звездам пересилила. Потом была Первая мировая, звание майора, и наконец — телескоп «Хукер» на горе Вилсон, крупнейший в мире на тот момент.
В 1929 году Хаббл заметил любопытную закономерность: чем дальше от нас галактика, тем быстрее она от нас улетает.
Вывод был такой: между нами просто больше пространства, и оно растягивается.
Бельгийский аббат Жорж Леметр пришел к тому же выводу еще раньше — теоретически, в 1927-м. До астрофизики он успел послужить артиллерийским офицером в Первую мировую. Его статью напечатали в малоизвестном бельгийском журнале, и она осталась почти незамеченной.
Жорж Леметр
Когда Леметр показал свои расчеты Эйнштейну, тот, по легенде, ответил коротко:
«Ваши вычисления верны, но ваше понимание физики отвратительно».
На этот раз ошибался именно Эйнштейн.
Он верил, что Вселенная статична и неизменна, что ничто никуда не разлетается. Он даже вписал в свои уравнения специальную «космологическую постоянную», чтобы модель не схлопывалась и не расширялась.
Получился занятный пример в истории науки. Эйнштейн исходил из неверных предпосылок, придумал «космологическую постоянную», чтобы искусственно скрепить свою математику. А уравнения получились верными — ими пользуются до сих пор. Только без его трактовки физики Вселенной.
Позже Эйнштейн называл это своей главной научной ошибкой. В 1933 году, после доклада Леметра, он уже публично хвалил его модель, называя ее одним из самых красивых и убедительных объяснений происхождения Вселенной.
Сегодня закон носит двойное имя: закон Хаббла — Леметра.
Парадокс 93 миллиардов световых лет
Вселенной примерно 13,8 миллиарда лет. Диаметр ее наблюдаемой части — около 93 миллиардов световых лет. Как свет успел покрыть такое расстояние за меньшее время, если ничто не движется быстрее него?
Пока свет от далекой галактики летит к нам, само пространство за его спиной продолжает растягиваться. Свет от очень далекой галактики мог добираться до нас 13 миллиардов лет, но сама галактика сейчас находится заметно дальше 13 миллиардов световых лет: пространство между нами за это время успело сильно вырасти.
Материя, свет от которой мы видим почти с самого рассвета прозрачной Вселенной, сейчас находится примерно в 46 миллиардах световых лет от нас.
Это не нарушение физики. Ограничение скорости света касается движения объектов и их взаимодействия. А тут растет само пространство, и у пространства таких ограничений нет.
Есть популярная бытовая аналогия, которая легко объясняет этот парадокс.
Возьмите тесто с изюмом. Когда тесто поднимается, каждая изюминка видит: все остальные удаляются. Но нет никакой «центральной изюминки» — тянется вся масса целиком.
Галактики в этой аналогии — изюм. Но некоторые изюминки слиплись между собой: пространство вокруг них тянется, а сами они остаются вместе.
Для многих далеких галактик свет, испущенный ими сегодня, уже никогда не доберется до нас: ускоряющееся расширение создает своего рода горизонт событий. За ним находятся огромные области Вселенной, которые мы принципиально уже никогда не увидим (ну или если в будущем мы не создадим какую-то супертехнологию на базе новой физики).
На больших масштабах любой наблюдатель — хоть мы, хоть гипотетический астроном в другой галактике — увидит одну и ту же картину: далекие галактики в среднем удаляются, и чем дальше, тем быстрее.
Каждый будет ощущать себя центром. Но это не физический центр Вселенной, а просто геометрия горизонта наблюдения — сфера радиусом около 46,5 миллиарда световых лет вокруг наблюдателя. У астронома в другой галактике своя такая же сфера.
И еще одна удивительная деталь.
Диаметр в 93 миллиарда световых лет — это размер наблюдаемой части Вселенной. Не всей Вселенной. Вся Вселенная может быть несравнимо больше. Возможно, и бесконечной. А в бесконечном пространстве понятие «центра» просто теряет математический смысл.
Непростая правда о нашем месте в космосе
Трудно нам, людям, признать: что мы не центр. Возможно, даже не главные и не единственные в этом мире.
Человечество веками думало, что сидит в кабине пилота Вселенной.
А потом выяснилось, что мы вообще летим в багаже.
Наука методично лишала нас статуса «особенных». Сначала Земля оказалась не центром системы. Потом выяснилось, что Солнце — рядовая звезда на окраине рядовой галактики. Теперь мы знаем: в космосе вообще нет привилегированных точек.
Но есть и другой поворот. В ранней Вселенной не было ни Земли, ни Солнца, ни атомов в привычном смысле — только частицы в раскаленной плотной плазме. И вещество, из которого потом сложились ваши кости, кровь и экран телефона, было частью той же среды, что и вещество самых далеких галактик. Та же плазма. То же расширение. То же начало.
Возможно, в этом и есть главный космический урок: Вселенная не обязана иметь центр, чтобы в ней было место для смысла.
Возможно, смысл Вселенной именно в отсутствии центра. Потому что тогда любая точка может стать местом, где кто-то впервые посмотрит на звезды.
Мы не сидим в VIP-ложе мироздания, но и не болтаемся где-то у служебного входа. Просто оказалось, что у космоса нет партера, балкона, а равно как и дешевых мест за колонной.
Есть только огромное расширяющееся пространство — и маленькие существа внутри него, которые почему-то научились задавать большие вопросы. А это, согласитесь, уже неплохая заявка на роль.