Не нужна никакая кора

Еще одно объяснение расширения Вселенной было куда более фантастичным. Оно было предложено за два года до открытия Хаббла Жоржем Леметром[124], бельгийским священником и профессором физики Лувенского католического университета. Леметр выдвинул модель, основывающуюся на общей теории относительности, согласно которой ранняя Вселенная представляла собой «космическое яйцо, взорвавшееся в момент творения». Этой же идеей Леметр объяснял и возникновение «первичного атома». Некоторые считают, что заслуга в разработке теории расширения Вселенной принадлежит Леметру, а не Хабблу. Однако в своих работах Леметр отталкивался от некоторых предварительных результатов, полученных Хабблом. К тому же они были опубликованы в малоизвестных бельгийских научных журналах, которые за пределами страны мало кто читал. Леметра называли «величайшим ученым, о котором никто почти ничего не знал».

Леметр изучал общую теорию относительности и применял ее ко Вселенной в целом. Открытия Хаббла убедили священника в том, что Вселенная расширяется. Но, по мнению Леметра, взорвалась не материя, заключенная в какой‑ то части космоса, а сам космос. Эта концепция хорошо согласовывалась с уравнениями Эйнштейна.

Эйнштейн считал, что Вселенная статична, и даже добавил в свои уравнения так называемую космологическую постоянную. По сути, она вводила в уравнения силы отталкивания, позволяющие преодолеть взаимное притяжение космических объектов, что вызвало бы коллапс Вселенной. Эйнштейн посчитал идею Леметра о расширяющейся Вселенной несерьезной и сказал ему: «Ваши вычисления правильные, но ваша физика ужасна».

Однако после открытий Хаббла Леметр стал неожиданно знаменит. 31 января 1931 года газета New York Times вышла под громогласным заголовком: «Леметр выдвигает идею о том, что начало Вселенной положил один‑ единственный великий первоатом, в котором была сконцентрирована вся энергия». Эйнштейн убрал свою космологическую постоянную и впоследствии сожалел, что применил ее. Известный советский физик Георгий Гамов говорил, что Эйнштейн рассматривал ввод этой постоянной в свои уравнения «как величайшую ошибку всей жизни». (Это ирония судьбы. Сегодня мы верим в то, что космологическая постоянная очень важна и необходима в космологии. Я коснусь этого вопроса во время рассказа о темной энергии. )

В 1933 году газеты сообщали, что после лекции Леметра в Принстоне Эйнштейн встал и сказал: «Это самое красивое и удовлетворительное объяснение творения, какое я только слышал». Он явно изменил свою точку зрения на «ужасную» физику ученого. Леметр также высказал предположение, что космические лучи (радиация), открытые в 1912 году, могли быть «остатками» Большого взрыва. По этому поводу он ошибался. Действительно, это были «остатки», но только в виде микроволнового (реликтового) излучения, а не радиации. Однако люди склонны забывать теоретические ошибки физиков. К сожалению, это не распространяется на экспериментаторов.

Согласно математическим расчетам Леметра, каждая галактика занимала в космосе определенное местоположение. Закон Хаббла появился не из‑ за движения галактик, а благодаря расширению космического пространства между ними. Он стал еще одним примером действия уравнений Эйнштейна, которые допускали «резиноподобную» природу пространства. Мы уже видели гибкость пространства применительно к релятивистской теории (глава 2), включая парадокс с шестом и сараем и две уловки со скоростью света (глава 5).

Космологическая модель Леметра используется по сей день, хотя теперь ее иногда называют моделью Фридмана− Леметра− Робертсона− Уокера (FLRW) по именам других космологов‑ теоретиков, участвовавших в ее развитии. Эта модель оправдала предсказания относительно природы очень отдаленных областей нашей Вселенной. Ученые вскоре запустили в научный оборот термин космологический принцип, который суммировал все приближенности и констатировал, что Вселенная везде одинакова и такая же, как и в области нашего существования[125].

Около 14 миллиардов лет назад (если точнее, 13, 8) материя находилась в сильно сжатом состоянии (принято говорить «в состоянии сингулярности»), а затем космос взорвался. Материя начала все сильнее и сильнее распадаться по фиксированным координатам. Локально под действием собственных гравитационных сил она сформировалась в некие сгустки, которые сегодня мы называем кластерами (объединением нескольких однородных элементов, которое может рассматриваться как самостоятельная единица, обладающая определенными свойствами). Затем внутри этих сгустков под действием своей гравитации материя организовалась в галактики, а уже внутри них, опять же под воздействием собственной гравитации, сформировалась в молекулярные облака, звезды и планеты, в том числе и нашу. (В Приложении 4 вы найдете стихотворение, описывающее формирование Вселенной. )

Почему имя Леметра не так широко известно, как имя Хаббла? Одна из причин – то, что за ним не стоит суперсовременный телескоп, который назван по его фамилии (как телескоп Хаббла). (Я вырос в Нью‑ Йорке и никогда не слышал об итальянском путешественнике Вераццано, пока его именем не назвали самый большой мост в городе. ) Тем не менее все астрономы и космологи знают Леметра. Закон расширения Вселенной мы называем именем Хаббла, и это частично определяется тем, что начальные выводы Леметра базировались на ранних данных Хаббла, которые в то время не подтверждали их научную справедливость.

В раннем варианте модели Леметра 36 из 38 галактик оказались удаляющимися (приближается к нам только галактика Андромеды). Но скорость их удаления не была пропорциональна расстоянию, как того требовала модель Леметра (хотя точки их положения оказались разбросаны со случайностью, приближающейся к среднему показателю). Судя по всему, Леметр сам поверил, что это противоречие свидетельствовало не о слабости теории, а об ошибках в экспериментах. Его концепции оставалось только дожидаться получения более точных данных. Не исключено, что он опубликовал свою теорию в малоизвестном журнале как раз для того, чтобы никто ее не заметил, окажись она ошибочной.

Действительно, предварительные данные Хаббла могли быть интерпретированы как опровергающие предсказание Леметра. Если бы последний четко написал в своей известной теперь статье что‑ то вроде: «Когда будут сделаны более точные измерения, все галактики окажутся расположены вдоль одной линии, а скорости их удаления от нас будут пропорциональны разделяющему нас расстоянию», если бы он тогда набрался смелости сделать это однозначное заявление, возможно, сегодня мы называли бы закон расширения Вселенной именем Леметра. И в мире существовал бы мощный телескоп, названный в его честь.

В начале всего…

В модели Леметра, принятой сегодня большинством ученых, ключевым моментом можно назвать расширение космического пространства. Понятие расширения, разумеется, обязано появлением идеям Эйнштейна о «резиноподобном» пространстве, а точнее – его уравнениям общей теории относительности. Однако прежде чем мы выйдем на более глубокие мысли об этом, интересно подумать о философских аспектах расширения.

Большой взрыв не был расширением материи в космосе: это было расширение самого космического пространства. Такое пространство может создаваться и создается все время, в течение которого Вселенная расширяется. Что же случилось в момент Большого взрыва? Существовал ли до этого вообще космос?

Мой любимый ответ (основывающийся на размышлениях, а не научном знании) – нет. Космоса не существовало до первого мгновения Большого взрыва. Откуда он тогда взялся? Очевидно, ответить на этот вопрос невозможно, потому что любой ответ подразумевает (перефразируя известную американскую писательницу Гертруду Стайн[126]), что с ним мы уйдем в бесконечность. Но если не было космического пространства, то из чего все взялось? Мы можем предположить (цитируя известного писателя‑ фантаста Рода Серлинга), что существует «пятое измерение, неизвестное человеку». Может быть, космическое пространство зародилось там? А может, это всего лишь уловка? Тогда давайте применим свою уловку: проигнорируем вышеприведенный вопрос и зададим другие.

Физики представляют себе пространство не как пустоту, а как субстанцию. Только это не материальная субстанция, а что‑ то гораздо более фундаментальное. Пространство может колебаться разными способами. Колеблющееся пространство проявляет себя в виде энергии и материи. Один вид колебаний – световая волна, другой – то, что мы называем электроном. Если космического пространства не существовало до Большого взрыва, то ничего не могло и колебаться, поэтому не появились бы ни материя, ни энергия. До того как возникло пространство, не было ничего, что мы могли бы назвать реальным. Это просто невозможно было бы никак описать.

Подчеркиваю – подобные идеи не вполне научные. Это просто размышления ученого. Уверен, я не первый ученый, кто предается таким мыслям. Они не совсем подходят для научно‑ популярной литературы. Но это как раз те идеи, с которыми ученые любят играть, освобождаясь от жестких рамок профессии. Может, они и приведут меня к чему‑ то, но пока это просто фантазии.

Пространство и время связаны теорией относительности. Мы не живем отдельно в пространстве и отдельно во времени. Мы живем в пространстве‑ времени. Подумайте о философском содержании этого постулата. Если во время Большого взрыва появилось пространство, вероятно, то же самое произошло и со временем? Ни пространство, ни время не существовали до Большого взрыва. Вопрос о том, что произошло до начала времени, бессмыслен, потому что этого «до» не было. Это примерно как спросить: «Что произойдет, если положить два объекта на расстоянии меньше нуля? Что будет, если вы заморозите классический объект до температуры ниже абсолютного нуля, так что движение частиц в нем будет медленнее, чем движение вообще? » На все эти вопросы нет ответов, потому что они бессмысленны.

Августину Аврелию такие размышления понравились бы. Он утверждал, что Бог выходит за пределы времени, он вне времени. Подозреваю, что если бы Августин был сегодня жив, он страстно молился бы за то, чтобы именно Бог был тем, кто создал и пространство, и время.