Расширяющаяся Вселенная и Большой взрыв

В начале прошлого века американский астроном Весто Слифер изучал свет, исходящий от далеких галактик, и обратил внимание на данные, указывающие, что некоторые галактики удаляются от нас с невероятной скоростью в тысячу километров в секунду. Скорость, с которой «убегает» галактика, можно вычислить по степени смещения линий в спектре ее излучения. Чем больше смещение, тем быстрее движется галактика. Этот вывод основывается на известном эффекте Допплера, который можно заметить, когда мимо нас проезжает «скорая помощь» с включенной сиреной. После того как «скорая помощь» минует нас, тон ее сирены сразу же падает, и чем быстрее движется машина, тем сильнее меняется тон, или частота, звуковых волн. Когда «неотложка» несется нам навстречу, звуковые волны как бы «сжаты» и тон звука выше; когда она удаляется, волны «растягиваются» и звук становится ниже.

Световые волны, испускаемые звездами, ведут себя примерно так же, как звуковые волны от сирены; чем быстрее движутся звезды к нам или от нас, тем выше или ниже отмечаемая частота их световых волн, которые либо сжимаются, либо растягиваются на пути от источника излучения. А от частоты световых волн зависит «окраска» света. К примеру, голубой свет имеет большую (более быструю) частоту волны, чем красный. Следовательно, если линии в спектре излучения той или иной звезды смещены к красному его краю (низкой частоты), это означает, что звезда удаляется от нас; если они смещены к голубому краю (высокой частоты), значит, звезда приближается к нам.

Оказывается, спектр излучения удаленных галактик демонстрирует смещение в красную сторону, которое так и называется — красное смещение. По мнению специалистов, это означает, что они удаляются от нас, причем с умопомрачительной скоростью — 50 тысяч километров в секунду. Однако есть очень веские свидетельства, которые не согласуются с красным смещением; некоторые ученые говорят о том, что свет просто «устает» на длинных дистанциях, предлагаются и другие альтернативные толкования¹⁶, однако в настоящее время они не находят большой поддержки в научной среде.

В 20-х годах прошлого столетия знаменитый астроном Эдвин Хаббл изучал галактики с помощью своего нового 2,5-метрового телескопа в обсерватории «Маунт-Уилсон» в Калифорнии. Он обнаружил, что чем дальше галактика, тем быстрее она удаляется. Данное явление получило известность как закон Хаббла. Это добавило интриги и без того увлекательному вопросу, что же все-таки происходит там, в глубинах космоса. Хаббл высчитывал расстояния, определяя яркость некоторых стандартных астрономических параметров. Это все равно, что вычислять расстояние до свечи по яркости ее свечения. Этот метод оказался не очень точным, поскольку не все звезды светят одинаково ярко. Современные астрономы измеряют космические расстояния по так называемым цефеидам, звездам с переменной яркостью. Они обнаружили, что некоторые звезды то притухают, то вспыхивают ярче, причем с определенной периодичностью. Измерив продолжительность периода такой звезды, они узнают, какова нормальная ее яркость, и благодаря этому могут определить расстояние до галактики, в которой эта звезда находится.

Ученые предпринимают попытки определить точный возраст Вселенной, предположив, что в начале она занимала крайне малый объем, и высчитав, сколько времени ей понадобилось, чтобы достичь нынешних размеров. По современным оценкам возраст Вселенной составляет от 10 до 15 миллиардов лет.

Понятие о быстро расширяющейся Вселенной внесло сумятицу в традиционные космологические взгляды начала двадцатого века. Если она действительно расширяется, значит, в прошлом она была меньше, а до того — еще меньше, и в конце концов мы приходим к той точке, где возникает крайне важный вопрос: когда, как и почему возникла Вселенная. Тем самым подразумевается, что она существовала не всегда. Открывается широкое поле для размышлений о том, как все началось и был ли в это вовлечен некий высший разум, как Бог, например; а если нет, то откуда все появилось? Как бы то ни было, идея о Боге, Который принимает деятельное участие в процессах, протекающих в естественном мире, вызывает серьезное неприятие у современного научного сообщества. Так, видный астроном Роберт Джастроу замечает: «Когда ученый пишет о Боге, его коллеги делают вывод, что он либо состарился, либо спятил»¹⁷. Тем не менее, мысль о внезапном возникновении Вселенной вполне соответствует библейскому описанию начала бытия.

Эйнштейн считал идею о том, что у Вселенной было начало, бессмысленной, она его просто раздражала¹⁸. Как ни странно, выдвинутая им теория относительности действительно указывала на расширяющуюся Вселенную, у которой было начало, о чем ему не преминули заметить голландский астроном Виллем де Ситтер и российский математик Александр Фридман, которые к тому же нашли несоответствия в его вычислениях. Эйнштейн попытался решить проблему расширения, выдвинув гипотезу о новой, неизвестной силе в природе. Кроме того, он ввел некую космологическую постоянную, которая сводила на нет концепцию расширения Вселенной, подтверждая тем самым статичность Вселенной. Однако данные Хаббла по красному смещению звучали весьма убедительно, и Эйнштейну в конце концов пришлось признать, что гипотеза о некоей неизвестной силе была величайшей ошибкой в его жизни. Парадоксально, но факт: физики снова возвращаются к идеям Эйнштейна о космологической постоянной, пытаясь объяснить последние данные о том, что Вселенная не просто расширяется, но расширяется со все увеличивающейся скоростью. Другие идеи, например, о периодическом расширении и сжатии так называемой осциллирующей Вселенной, а также о стационарной Вселенной, в которой постоянно возникает новое вещество, не касаются вопроса о ее происхождении; но эти идеи и не находят в настоящее время широкого отклика.

Если у Вселенной было начало, то что произошло в этот скоротечный миг? Этого нам знать не дано, но зато по этому поводу есть несколько интересных идей. Общепринятая в настоящее время модель называется Большой взрыв. Такое название эта гипотеза получила у знаменитого британского космолога сэра Фреда Хойла, который был одним из самых ярых ее критиков. Он дал ей такое имя как бы в насмешку, но этот яркий и наглядный термин так за ней и закрепился. В общих чертах она гласит, что около двенадцати миллиардов лет назад вся материя Вселенной была сосредоточена в частице, размером меньше атомного ядра. Она была столь крошечной, что потребовалось бы 10³² таких частиц, чтобы, выложив их в ряд, получить линию длиной в один миллиметр¹⁹; однако частица эта была чрезвычайно тяжелой и горячей, почти бесконечной плотности и температуры. В течение первого периода существования Вселенной, продолжавшегося, по оценкам ученых, одну 10⁴³ долю секунды, она находилась в состоянии так называемой сингулярности. В этот период существовали условия, совершенно отличные от нынешних, поэтому наши физические законы по отношению к нему не применимы. Подробностей никто знать не может; ученые лишь строят догадки. По их мнению, Вселенная по мере остывания расширялась. И особенно быстро это расширение шло на стадии так называемого раздувания, которая заняла время с 1/10³⁵ по 1/10³³ долю первой секунды. Возникли кварки, а за ними, по мере расширения Вселенной, образовались протоны и нейтроны. Когда Вселенной было уже несколько секунд от роду, начали формироваться ядра некоторых простых атомов. Расширение продолжалось, и когда возраст Вселенной достиг уже примерно миллиарда лет, стали образовываться звезды и галактики. В процессе сжатия звезд возникали более тяжелые химические элементы; новообразованные звезды и солнечные системы оприходовали эти тяжелые элементы по мере «взросления» Вселенной. Что же будет дальше? Высказываются разные предположения. В будущем Вселенная может замедлить свой бег и свернуться в ужасном, катастрофическом вселенском «большом сжатии», либо она так и будет расширяться, пока в конце концов не превратится в пустоту.

Насколько соответствует действительности эта история? Может быть, это просто фантазия людей, начитавшихся научно-фантастических романов? Не участвуем ли мы в игре с большими числами, навязанной нам несколькими влиятельными фигурами? Или же мы все-таки приближаемся к столь вожделенной истине? Теория Большого взрыва подразумевает стечение стольких «счастливых» обстоятельств, что некоторые называют его «подарком судьбы», и, что говорить, он действительно выходит далеко за рамки привычного нам восприятия действительности; но ведь то же самое происходит и с самой Вселенной. Некоторые известные астрономы, такие, как Роберт Джастроу²⁰, считающий себя агностиком, и Хью Росс²¹, исповедующий христианство, рассматривают Большой взрыв как свидетельство того, что почин в возникновении Вселенной принадлежал Богу. Кроме того, сама Библии говорит о чем-то подобном по крайней мере в пяти отрывках, где упоминается Бог, «распростерший небеса»²². Мог ли Бог при сотворении Вселенной воспользоваться процессом, напоминающим Большой взрыв? Мы не знаем. Вера людей в Бога никак не зависит от того, есть у них свидетельства в пользу Большого взрыва или нет. Как мы увидим ниже, материя Вселенной имеет столь точную и столь подвижную организацию, что, был Большой взрыв, не был ли, без Бога-Творца ей, похоже, не обойтись.

Английский Королевский астроном сэр Мартин Рис проницательно указывает, что «теория Большого взрыва прожила более тридцати опасных лет»²³. Отчасти она выжила просто потому, что ученые не смогли предложить ничего лучше, а отчасти потому, что подтверждением ей служат весьма впечатляющие данные, в отношении которых, однако, тоже высказываются определенные сомнения. В пользу Большого взрыва свидетельствуют следующие факторы: а) расширение Вселенной; б) соотношение водорода и гелия, которое близко к тому, каким оно могло бы быть после Большого взрыва; в) сильная микроволновая фоновая радиация, наблюдаемая по всей Вселенной, что тоже свидетельствует в пользу Большого взрыва. Эта радиация демонстрирует некоторые мельчайшие колебания, на счет которых относят образование галактик.

Концепция Большого взрыва сопряжена с серьезными проблемами, особенно если рассматривать это явление без какой-либо связи с Творцом: а) Откуда взялась такая точность мироустройства, без которой окружающий нас мир был бы просто невозможен? Более подробно этот вопрос мы обсудим ниже; б) Много вопросов вызывает загадочная природа темной материи, которая может внести свои коррективы во множество научных концепций; в) Не менее важна проблема сингулярности в течение первых мгновений Большого взрыва, которая, по общему мнению, исключает действие известных нам научных законов.

Знаменитый космолог Стивен Хокинг, известный, прежде всего, тем, что ведет активную и плодотворную научную деятельность, хотя и прикован к инвалидной коляске болезнью Лу Герига (БАК), попытался обойти проблемы сингулярности и происхождения Вселенной. Он совместил два великих столпа космологии, а именно теорию относительности и квантовую теорию, и добавил к ним концепции теории струн и бран²⁴, имеющие дело с измерениями помимо наших четырех (три пространственных и одно временное). Кроме того, он задействовал математические концепции воображаемого времени и воображаемых чисел²⁵ и выдвинул идею Вселенной без границ в пространстве и времени и не испытывающей нужды ни в начале, ни в конце²⁶. По всей видимости, он отдает предпочтение Вселенной, которая «просто есть», и задается вопросом: «Разве есть в ней место Творцу?»²⁷ Его взгляды не получили широкого признания. Хокинг время от времени упоминает Бога, но лишь как один из умозрительных вариантов. По мнению некоторых, он относится к категории деистов²⁸. Деисты верят в некоего Бога, Который много лет назад вызвал мир к существованию, но ныне никак не проявляет Себя в природе. В вышедшей недавно книге О Вселенной в двух словах (The Universe in a Nutshell) Хокинг предлагает чисто механистический подход²⁹. Многие космологи признают, что им неизвестно, как возник Большой взрыв; другие считают, что эта тайна может свидетельствовать о существовании Бога.