Почему наш мир таков, каков он есть. Природа. Человек. Общество (сборник)
Шрифт:
Выяснилось, что число способов прийти от десяти измерений к нашим трем варьируется от 10 100 до 10 500. Возможно, их даже больше, вплоть до бесконечности. Каждому такому переходу, каждому типу такого перехода будет соответствовать своя вселенная со своим набором констант связи. Они будут либо раздуваться, либо схлопываться, они могут быть пустые. Вероятность найти среди них вселенную, где образуются звезды и галактики, условно говоря, будет порядка 10 – 500 степени, то есть почти нуль. Если почти нулевое число умножить на почти бесконечность, получится «немножко» вселенных, в которых бывает жизнь и бывают разумные особи, удивляющиеся тому, как устроен мир.
Может показаться, что все это бред сумасшедшего или фантазии ученых, что никакой практической пользы от этого не может быть. Есть, однако, одна история, связанная с величайшим физиком XX века Эрнестом Резерфордом. Этот человек открыл альфа– и бета-излучение, обнаружил протон, доказал, что атом устроен
Эрнест Резерфорд – 1871–1937 – Английский физик, заложивший основы теории строения атома. Лауреат Нобелевской премии 1908 г.
Конечно, никто сейчас не может дать гарантии, что открытие, например, ненулевой космологической постоянной принесет в обозримом будущем какую-то практическую пользу. Но совершенно очевидно, что никакой пользы точно не будет, если не задаваться вопросами, поставленными в этой лекции, если не пытаться понять, как и почему так, а не иначе, устроен наш мир. Именно поэтому тратятся немалые средства на проведение исследований в области фундаментальной физики. Именно поэтому на Большом адронном коллайдере (по разным оценкам, стоимость от 6 до 10 миллиардов долларов) разработана целая программа по поиску подтверждений теории струн. Ищут квантовые черные дыры, которые могут появиться в некоторых моделях, ищут проявления дополнительных измерений. Возможно, нам повезет и мы найдем подтверждения теории струн, возможно, мы удостоверимся в существовании других вселенных и, возможно, когда-нибудь будет найден способ сделать туннель в другую вселенную. И когда наша Вселенная рано или поздно умрет (а это случится почти наверняка хотя бы из-за ненулевой космологической постоянной), мы сможем перебраться в новый мир, и разум не погибнет вместе с нашей Вселенной.
…Или не сможем – время покажет, как на самом деле устроен мир.
Сергей Попов. Истории из жизни звездного неба
Сергей Попов – Астрофизик, доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник Астрономического института им. П. К. Штернберга (ГАИШ) МГУ.
Одному довольно известному политическому деятелю приписывается высказывание: «Искусство должно быть понятно народу». Но история показала, что искусство никому ничего не должно: оно идет своим путем – кто-то идет с ним, а кто-то не идет. На мой взгляд, с наукой в ХХ веке получилось как с искусством. Каждый из них шел своим путем, а в результате как современное искусство, так и современная наука многим сегодня непонятны. В искусстве я ничего не понимаю, но науку могу сделать немножко понятнее.
Если взять науку и искусство какого-нибудь XVII века, мы оказываемся на очень комфортном нулевом уровне понимания. Вы подходите к картине Боттичелли и видите, что это просто красиво. Подойти к произведению современного актуального искусства и сказать, что это красиво, можно в очень редких случаях. С наукой произошло примерно то же самое. Нет ничего удивительней, чем посмотреть в телескоп на Сатурн. Если не смотрели, то посмотрите. Или рассмотреть в микроскоп каких-нибудь инфузорий – это потрясающе. Это такой же нулевой уровень понимания, такой же условный «ах!».
История открытия колец Сатурна сама по себе очень интересна. Вообще говоря, кольца Сатурна в первые телескопы видно было плохо. Галилей [15] увидел, что Сатурн не круглый. Все думают, что Чебурашку придумал Успенский, но это был Галилей. Он посмотрел на Сатурн и увидел нечто похожее на Чебурашку – диск с ушами. Галилей был крайне рациональный человек: он никому не стал рассказывать об увиденном, но оставил зашифрованное сообщение, чтобы потом можно было отстоять приоритет. А когда через какое-то время с помощью более качественного телескопа снова посмотрел на Сатурн, чтобы получше разглядеть, – ничего не увидел и подумал, что померещилось. Еще через несколько десятилетий с помощью еще более мощных телескопов были открыты кольца Сатурна, но это сделал уже не Галилей. Дело в том, что на Сатурне, как и на Земле, есть времена года. В зависимости от угла мы видим кольца красивыми, как привыкли видеть на картинке, или с ребра – и тогда ничего не видно.
15
Галилео Галилей – 1564–1642 – Итальянский физик, математик и астроном. Важнейшее открытие Галилея – принцип относительности движения, который лег в основу всех последующих теорий устройства мироздания. Галилей первым наблюдал фазы Венеры, горы на Луне, спутники Юпитера, пятна на Солнце и кольца Сатурна.
В современной научной статье очень редко можно увидеть изображения (если там вообще есть изображения), которые бы вызвали пресловутый «ах!». Скорее это будет нечто больше похожее на «ууу…»: это непонятно и не всегда красиво.
Откуда пошла Вселенная
Начнем издалека – с краткой истории вселенной. Вселенная имеет конечный возраст. Идея эта очень интересна, и рационально мыслящие люди в нее не всегда верили. Под вселенной в данном случае я понимаю «вселенную с маленькой буквы» – то, что мы видим вокруг, что мы видим в телескопы сейчас и сможем увидеть в сколько-нибудь обозримом будущем. Всего этого когда-то не было. Это очень жесткое, абсолютно не философское, но наблюдательное утверждение. Сейчас мы в этом убедимся.
Представим, что вселенная бесконечна и заполнена звездами (это рациональная вселенная XIX века). Нигде нет никакого центра, мы не живем в центре скопления звезд. Если бы мы жили в центре мира, это было бы очень подозрительно, но мы живем в самом заурядном месте. Значит, куда бы мы ни посмотрели – взгляд рано или поздно упрется в звезду. Это легко понять: если завязать глаза и побежать даже через самый редкий лес, вы непременно найдете лбом свое дерево. Если ночью смотреть в заполненную звездами бесконечную Вселенную, где-то взгляд должен упереться в «лампочку» и все небо должно сиять, как поверхность звезды. Никакой ночной черноты не было бы. Отчего же мы, тем не менее, видим небо таким, какое оно есть, – яркие огоньки на черном фоне? Звезды где-то заканчиваются?
Правильный ответ в том, что звезды кончаются не в пространстве, а во времени – когда-то этих звезд не было. Вселенная при этом может быть бесконечна – это ничему не противоречит, просто звезды возникли какое-то время назад, и свет от далеких звезд до нас не дошел. Теперь мы знаем, какое это время – примерно 13,7 миллиарда лет назад.
Когда-то произошло нечто, что мы называем Большим взрывом [16] , в котором родилась наша Вселенная. После этого она начала расширяться и продолжает это делать по сей день. Мы это действительно знаем, это наблюдательный факт, а не результат интерполяций и экстраполяций. Сначала Вселенная была очень горячей и плотной – мы видим оставшееся от той эпохи излучение. Если включить телевизор и поймать пустой канал, на экране будет рябь. Заметный процент этой ряби и есть излучение далекой горячей Вселенной. Если бы вы это заметили до 1965 года и сделали правильный вывод, получили бы Нобелевскую премию.
16
Большой взрыв – согласно большинству современных космологических моделей так называется ранняя стадия развития Вселенной, сопровождающаяся расширением из плотного и горячего состояния. Сам термин «Большой взрыв» в настоящее время не имеет точного физического определения. Впервые это выражение употребил американский физик Фред Хойл в 1949 г. в следующем контексте: «Эта идея Большого взрыва кажется мне совершенно неудовлетворительной».
В какой-то момент горячее вещество остыло и, как говорят физики, рекомбинировало. Это значит, что оно стало нейтральным: электроны прицепились к ядрам, которых было всего два – водород и гелий. Тогда наступили темные времена. Нейтральное вещество ничего не излучает, а звезд еще нет. Затем, после темных веков, наконец-то начали образовываться первые звезды. Во Вселенной были места, где плотность вещества была побольше, а в других местах плотность была поменьше. Туда, где плотность больше, притягивалось еще вещество и образовывались массивные комки. В этих комках было довольно много темного вещества. В астрономии оперируют своими единицами, в частности массой Солнца. Так вот, темного вещества в типичном комке было где-то на миллион масс Солнца, а обычного вещества – водорода и немножко гелия – было на сто тысяч масс Солнца. В таком облаке в современных моделях и возникает самая первая звезда. Звезды – первые объекты, которые загорелись во Вселенной.
Темное вещество – одна из ключевых космологических загадок. Сегодня считается, что это некий вид элементарных частиц. На роль этих непонятных частиц в теории есть несколько хороших кандидатов, но пока ни одного не поймали. Этих частиц по массе примерно раз в пять больше, чем обычного вещества.
Итак, в местах наибольшей плотности получаются облачка, где загораются первые звезды. Дальше процесс продолжается, и эти плотные облачка начинают сливаться друг с другом. Их слияние дает галактику. Не только наша, но и другие галактики состоят из сотен миллиардов звезд, из большого количества газа, пыли, темного вещества. Они образованы путем слияния более мелких галактик, а изначально даже не галактик, а облаков, где было буквально по одной звезде.