Всё, что движется. Прогулки по беспокойной Вселенной от космических орбит до квантовых полей - Алексей Михайлович Семихатов
Шрифт:
Интервал:
Закладка:
и вообще все расстояния вдоль всех направлений увеличиваются в одинаковом темпе, так что если мы начали с листа тетради в клетку, то форма клеток в этой двумерной клеточной вселенной не изменяется, только их размер увеличивается. При этом – вот ведь фокус! – вся клеточная вселенная остается «внутри себя»: ей не нужно никакого места вовне, чтобы растянуться. Точно так же, взяв все (для простоты – целые) числа (…, –3, –2, –1, 0, 1, 2, 3, …), мы можем умножать их все по своему желанию на два, на три, на десять или на сто, и полученные числа все равно останутся среди тех же исходно взятых целых чисел. Таким же образом наша реальная физическая Вселенная расширяется, «не высовываясь сама из себя», вообще без всякого «снаружи», а каждый наблюдатель в ней видит, что все убегают от него, причем все более далекие объекты убегают все быстрее.
Вселенная расширяется, оставаясь внутри себя
Большой взрыв – это момент времени
Темп расширения – те самые для наших персонажей – называется постоянной Хаббла. В реальной Вселенной постоянная Хаббла имеет величину около 70 (км/с)/Мпк. Это читается как «70 километров в секунду на мегапарсек» и означает, что объекты, разделенные расстоянием в один мегапарсек, удаляются друг от друга со скоростью 70 км/с. Мегапарсек – это расстояние, которое любят астрономы; если избавиться от него, то постоянную Хаббла можно выразить как [140] Обратная величина – единица-деленная-на-постоянную-Хаббла – измеряется в годах и дает примерную оценку возраста Вселенной. Если бы темп расширения не менялся с самого начала, то это «начало» должно было случиться именно столько времени назад: около 10 лет назад для нашей тетради в клетку и без малого 14 млрд лет назад для нашей Вселенной. (В действительности уравнения Фридмана сообщают, что сам темп расширения несколько изменяется с течением времени, и оценку возраста Вселенной надо поэтому уточнить.) В момент этого «начала» (определенный, конечно, лишь с известной точностью) вся наблюдаемая ныне Вселенная умещалась в объеме величиной примерно с яблоко, была заполнена горячим плотным веществом и уже находилась в состоянии разбегания всех от всех (буква a увеличивалась). Этот момент не очень удачно назвали Большим взрывом, хотя это не взрыв где-то в пространстве, а момент или короткая стадия определенного состояния пространства и материи[141]. Про него неинтересно спрашивать «где?» (потому что ответ – «везде»), но интересно спрашивать «когда?». Потренируемся еще раз на наших клеточных персонажах, сконцентрировавшись на Пете. По одну сторону от него Оля, а много дальше Аня; по другую – Рита, и где-то вдали Яков. Большой взрыв – это момент времени, когда все «насечки» А|Б|…|П|…|Ю|Я| умещались на длине меньше микрона[142]. Эта «микронная» область и расширилась до современной вселенной от А до Я, которую наблюдает сейчас Петя. Здесь, правда, хочется спросить, а что же слева от Ани и справа от Якова? Это у меня буквы кончились, а на самом-то деле?
С момента Большого взрыва происходит расширение во всех точках
Здесь два обстоятельства. Во-первых, этот «микрон», который был очень плотно забит веществом (так, что его потом хватило на наблюдаемую вселенную от А до Я), соседствовал с другими такими же «микронами», столь же плотно забитыми веществом; вселенная была однородной и одинаково плотной, по крайней мере в пределах некоторого масштаба, заметно превосходящего эти «микроны». Все они стали расширяться в равной мере. Но, во-вторых, скорость, с которой разбегаются друг от друга два достаточно удаленных персонажа в нашей клеточной расширяющейся вселенной – скажем, Петя и Яков, – может превысить (тамошнюю, «клеточную») скорость света. Ведь чем дальше друг от друга две точки, тем больше скорость, с которой растет расстояние между ними. В нашей реальной расширяющейся Вселенной такое тоже происходит, только мы никогда не узнаем, зовут ли кого-нибудь из «них» Яковом, потому что из-за быстрого удаления разрываются причинные связи между достаточно далекими областями пространства: обмен сигналами между ними оказывается невозможным. Может показаться, что я оперирую двойными стандартами: периодически вспоминаю, что максимальная скорость распространения любого сигнала – скорость света, но при этом спокойно заявляю, что П и Я разлетаются друг от друга быстрее, чем со скоростью света. Но в действительности никакие принципы не нарушаются: удаление друг от друга любых двух областей во Вселенной со сверхсветовой скоростью не является сигналом, и запретов на это нет. А вот из-за запрета на сверхсветовые сигналы наблюдаемая вселенная оказывается конечной. Петя не знает и принципиально не может знать, что находится «там далеко». Я назначил им неизменный темп расширения и подобрал такую скорость света, что все, в принципе доступное ему для наблюдений, – это вселенная от А до Я. Убедившись в расширении своей вселенной, Петя решил уравнения Фридмана и сделал вывод, что определенное время назад вся его вселенная от А до Я имела размер «микрона»; следуя не очень удачному совету, он стал называть этот момент Большим взрывом. И у нас Большой взрыв – момент времени, когда весь наблюдаемый сейчас мир был величиной с «яблоко»[143]. Что было и что стало с «чужими яблоками» – соседними областями размером с яблоко, которые тоже были плотными и горячими в момент Большого взрыва и тоже принялись расширяться, – мы не знаем, и шансов выяснить это из наблюдений нет, именно потому, что мы не можем получить никакой информации из-за пределов нашей наблюдаемой Вселенной.
Материя во Вселенной не собирается вместе, потому что продолжает разлетаться
Вооруженные знанием о расширении Вселенной и о законе этого расширения, мы теперь не удивляемся, почему вещество во Вселенной не стягивается в один комок: потому
