Paul Davies. WHAT’S EATING the UNIVERSE?: And Other Cosmic Questions. University of Chicago Press; First edition, 2021. 208 pages
Що з’їдає Всесвіт?: Та інші космічні питання
Пол Дейвіз
У сузір’ї Ерідані ховається космічна таємниця: ніби щось відкусило величезний шмат Всесвіту. Але хто винуватець? Діра у Всесвіті — лише одна з багатьох загадок, які розгадують космологи. Надмасивні чорні діри, бульбашки нічого, що пожирають простір, всесвіти-монстри, що поглинають інші — цими та багатьма іншими дивними ідеями займаються науковці. Завдяки приголомшливому прогресові в астрономії історія нашого Всесвіту тепер зрозуміла краще, ніж історія нашої власної планети. Але ці досягнення розкрили кілька дивовижних загадок. У цій новій наснажливій книжці відомий космолог і автор Пол Дейвіз зрозуміло пояснює, що ми знаємо про космос і його загадки, досліджуючи болісні, а часом і жахливі, можливості, які відкриваються перед нами.
Поєднуючи останні наукові досягнення з навичками оповідання, незрівнянними в космосі, відомий астрофізик і популярний автор веде нас на екскурсію до деяких із найбільших таємниць нашого Всесвіту.
Дейвіз, проводячи нас через сміливе дослідження, пропонуючи карколомні розгадки цих та інших таємниць, підводить до найбільшої видатної головокрутки з усіх: чому взагалі існує Всесвіт? І як системі безмозких, безцільних частинок вдалося породити свідомих, мислездатних істот? Сповнена дотепності та дива, «Що з’їдає Всесвіт?» – це приголомшлива подорож космічними питаннями, що, безперечно, розважить, зачарує та надихне всіх нас.
Відгуки
«Научки з космології та астрофізики рясніють у цьому захопливому букварі від фізика Дейвіза. Відповідаючи на тридцять запитань, Дейвіз прагне показати, який «красивий і приголомшливий» світ... Доступне написання та жваве оцінювання відкриттів роблять книжку чудовим вступом для читачів, які не знайомі з фізикою». ― «Паблішерз віклі»
«Темна матерія, чорні діри, темна енергія: з усією цією тіньовою термінологією в грі, не дивно, що непрофесіонали вважають космологію відворотною, тому «Що з’їдає Всесвіт?» висвітлює таємниці квантової фізики незагрозливим способом». ― «Форворд рів’юз»
«Шалена подорож величезним космосом і найпотаємнішими куточками субатомної матерії... Тривала кар'єра в космології, астробіології та квантовій механіці дає Дейвізові глибоке розуміння реалій дослідження... Подібно до величезної порожнечі, яка зяє на небі в напрямку сузір’я Ерідану, пустоти, що, на думку деяких, може бути ознакою іншого всесвіту, який збирається поглинути наш власний, таємниці космосу такі величезні й такі дивні, що ми не можемо не бути вражені». ― «Вол-стрит джорнел»
«Астрофізик Дейвіз проводить екскурсію грандіозними питаннями космосу та розглядає, серед іншого, надмасивні чорні діри». ― «Паблішерз віклі»
«Від стародавньої астрономії та Ньютонового закону тяжіння до темної енергії, часових петель і позаземного життя, видатний науковий письменник із «коротким, заохочувальним і дуже цікавим» описом історії Всесвіту, оформленим у тридцять космологічних головокруток». ― «Букселер»
«Розуміння теоретичної фізики — складне завдання, але нова книжка космолога Дейвіза «Що з’їдає Всесвіт?» проведе читачів через цю галузь. Дейвіз охоплює загальну теорію відносності, антиматерію, подорожі в часі, багатосвіт і майже будь-яку іншу тему, яку він зміг вмістити у двісті сторінок книжки. Кожен розділ короткий — менше ніж десять сторінок, — але без жаргону та повний інформації. Дейвіз використовує розмовний тон, щоб залучити читача, коли він побіжно переглядає історію, експерименти та значення кожного поняття. Незалежно від попередніх знань читача з фізики, книжка пропонує доступний вступ до космології». ― «Фізікс тодей»
«Огляд найбільших таємниць, які сьогодні досліджують космологи... В однойменному розділі детально описано несподівану холодну пляму, схожу на порожнечу, яку астрономи знайшли в сузір’ї Ерідані. Ідуть припущення, що наш Всесвіт може бути спонтанно поглинутий через зіткнення з іншим або розпад квантового вакууму до нижчого енергетичного рівня. Якщо ви можете витримати споглядання таких страшних перспектив, ця книжка – цікавий спосіб переконатися, що ви все зрозуміли, чого тепер досягла космологія». ― «Фізікс ворлд»
«Це спеціалізація фізика та відомого письменника Дейвіза — надавати цікаві та провокаційні коментарі до найглибших питань, які може запропонувати Всесвіт. І у своїй переконливій новій книжці «Що з’їдає Всесвіт?» Дейвіз вирізняється тим, що стисло звертається до великих нематеріальних речей; космологічних головокруток, яким не приділялося стільки уваги, як темна матерія, темна енергія, тому, що спровокувало Великий вибух, і остаточній долі Всесвіту». ― «Форбз»
«Що з’їдає Всесвіт?» дає стислий виклад того, що ми знаємо про Всесвіт, зокрема Великий вибух, інфляцію, існування... того, що ми називаємо темною матерією та темною енергією, можливість існування інших всесвітів, чорних дір і природу часу — це приблизно 150 доступних і чудово написаних сторінок, які можна читати короткими, окремими фрагментами. Як екскурсія з короткими зупинками, від неї захоплює дух». ― «Таймз гаєр едюкейшн»
«Чому нічне небо темне? Де центр Всесвіту? Чи можлива подорож у часі? Скільки існує всесвітів? Це деякі з тридцяти питань, які Дейвіз розглядає у своїй останній книжці. Деякі відповіді з’ясовуються консенсусом, інші – спекулятивніші; але всі спонукають до роздумів. Розділи розташовані приблизно в хронологічному порядку спостережень і теоретичних досягнень, яких вони стосуються, що робить книжку цікавою та доступною екскурсією з короткими зупинками (здебільшого західними) міркуваннями про космологію». ― «Нейче естронемі»
«Рекомендовано [для] всіх читачів». ― «Чойс»
«Блискучий. Ви не знайдете чіткішого, привабливішого посібника про те, що ми знаємо (або хотіли б знати) про Всесвіт і про те, як він улаштований». – Біл Брайсон
«Що з’їдає Всесвіт?» – це справжнє свято для допитливих розумів. Дейвіз, ерудит і ліричний письменник, майстерно береться до всіх великих питань, починаючи від того, чому такий Всесвіт, до сенсу життя та значення теперішнього моменту — це бурхлива подорож ідеями, які сформували наше розуміння космосу та його складників». – Пріямвада Натараджан, автор книжки "Картографування небес: радикальні наукові ідеї, що розкривають космос"
«Екскурсія з короткими зупинками основними питаннями сучасної космології». – Філіп Бол, автор книжки "Поза дивним: чому все, що ви думали, що знаєте про квантову фізику, інакше"
«Дейвіз дає нам спонукальну до роздумів, захопливу та чудову подорож через деякі з Великих Питань, які спантеличували та мучили науковців протягом усієї історії. Ось питання та парадокси, які ставили в глухий кут і дражнили найвидатніші уми в історії: Що було перед початком? У чому сенс Всесвіту? Чи існують інші всесвіти?» – Мічіо Кайку
«Дейвіз використовує свою звичайну прозорість для огляду деяких із найзахопливіших і найзагадковіших аспектів нашого Всесвіту, одночасно повідомляючи нас про його запаморочливі чудеса та даючи нам справжнє відчуття наукових питань, як це стикатися з ними, досліджувати їх і боротися з їх таємницею. Читво, що поглинає і стимулює, одне з найкращих у своєму роді». – А. К. Ґрейлінг
«Що з’їдає Всесвіт? – це Дейвіз у найкращому вигляді. Він має життєвий досвід у поясненні таємниць простору та часу, щоб запропонувати спонукальні до роздумів есе про глибокі питання невеликими, легкозасвійними шматками. Немає кращого огляду досягнень космологів за останні десятиліття». — Джон Ґрібін
«Дейвіз дібрав чудове попурі глибоких питань із неповними відповідями. Результатом стала чудова, свіжопахуча розповідь про передовий край сучасної космології. Він справді винятковий у поясненні всього цього у своєму неповторному стилі — скажімо, «астропоезії»». — Саймон Мітон, Кембридзький університет.
«Яскравий, простий, інформативний і добродушний буквар із важливих питань сучасної фізики та космології, який описує не лише перемоги, але й позосталі труднощі. Дейвіз у своїй найкращій формі!» – Іен Стюарт, автор книжки "Обчислення космосу"
Про автора
Пол Дейвіз — фізик-теоретик, космолог, астробіолог, телеведучий і автор численних бестселерів. Лавреат престижної Темплтонської премії, регент-професор фізики та директор Центру фундаментальних понять у науці «За межами» (Beyond Center for Fundamental Concepts in Science) Університету штату Арізони.
Зміст
Передмова
1. Подорож від краю часу
2. Пошук ключа до Всесвіту
3. Чому вночі темно?
4. Великий вибух
5. Де центр Всесвіту?
6. Чому космос насправді досить простий
7. Що таке швидкість космосу?
8. Що таке форма простору?
9. Пояснення Космічного великого виправлення
10. Більша частина нашого Всесвіту зникла
11. Що таке темна енергія?
12. Звідки береться матерія?
13. Гравітація перемагає все
14. Викривлений час і чорні діри
15. Чи можлива подорож у часі?
16. Що є джерело загадкової стріли часу?
17. Парадокс чорної діри
18. Теорія всього?
19. Релікти з космічного світанку
20. Чи може Всесвіт виникнути з нічого?
21. Скільки існує всесвітів?
22. Загадка Золотоволоски
23. Що з’їдає Всесвіт?
24. Чи справді Всесвіт – це халтурна робота?
25. Ми одні?
26. ET у нашому дворі?
27. Чому я живу тепер?
28. Доля нашого Всесвіту
29. Чи має все це сенс?
Примітки
Індекс
Передмова
«Що з’їдає Всесвіт?» – це науковий детектив. У ньому пояснюється, як нещодавно були розгадані давні космічні головокрутки, а нові приголомшливі відкриття перевертають наше розуміння фізичної реальності. Щоб повністю зрозуміти загальну картину, ми повинні відбути подорож від самого краю часу, через нашу власну епоху, у нескінченне майбутнє. Це космологія, наука про походження, еволюцію та долю всього Всесвіту. Вона об’єднує велике й мале, неосяжність простору з найглибшими куточками субатомної матерії – людське зусилля духу, що захоплює зухвалістю, коли береться до сфер дослідження, які тисячоліттями перебували в компетенції суто релігії та філософії.
Можливо, дехто вважає, що коли яскраве світло наукового дослідження потрапляє на приховані дії природи, воно позбавляє романтики невідомого. Однак я завжди вважав: що глибше ми досліджуємо, то красивішим і таким, що вселяє трепет, здається фізичний світ. Демістифікована природа — це природа, розкрита в усій її чудовій витонченості та елегантності. Добре, що нам слід це знати. У дальших розділах ми детально досліджуватимемо космологічні відкриття людства та розглядатимемо фундаментальні філософські питання, що з них випливають – наприклад, чому Всесвіт взагалі існує, чому він має таку форму, чому закони природи такі, які вони є, і як система безмозких, безцільних частинок породила свідомих, мислездатних істот, які можуть надати певного сенсу своєму світові.
Мене турбували ці великі питання існування все життя, і мені поталанило працювати над деякими з них професійно у своїй кар’єрі фізика-теоретика, космолога та астробіолога. Хоча мій власний внесок був скромний, я спілкувався з деякими гігантами фізики та астрономії, жінками та чоловіками блискучого інтелекту та ненаситної цікавості, чиє заразливе прагнення зрозуміти світ з перспективи науки було постійним джерелом натхнення. Я пережив один із найзахопливіших часів у всій науковій діяльності, коли багато великих питань перетворилися з мрійливих теоретизацій на важко досягнені відкриття. Як це часто трапляється в науці, відповідь на одне питання викликала лише десяток інших. І так є сьогодні. Багато чого досягнуто, але багато що залишається оповитим таємницею. Я задумав цю книжку як стислий підсумок нашого поточного стану розуміння.
Так багато людей допомогли мені в моїх дослідженнях протягом багатьох років, що їх забагато, щоб перераховувати тут, але я хотів би відзначити Сесілію Лунардіні та Річа Лебеда з Університету штату Арізони, які прояснили мені деякі аспекти фізики елементарних частинок, Чарлі Лайнвівера з Австралійського національного університету за його допомогу з характеристиками космологічних горизонтів, Ґлена Старкмена за його наснажливу лекцію про дивовижні явища в космічному мікрохвильовому фоновому промінні та Саймона Мітона за звернення моєї уваги на деякі історичні неточності. Люсі Гокінг і Крістофер Макей надали цінну допомогу з цифрами. Особливу подяку мушу висловити моїй дружині, Полін, за її підтримку та критичне прочитання тексту. Її навички спілкування значно перевершують мої, і велика частина заслуги в кінцевому продукті належить її редакторським тонкощам. Нарешті, я хотів би подякувати моєму редакторові в «Пенгвіні», Клої Каренз, за її пропозиції, коментарі та вказівки, висловлені незмінно бадьорим тоном.
Пол Дейвіз
Фенікс, березень 2021
1. Подорож від краю часу
14 січня 1990 року світова преса опублікувала плямисте червоно-синє зображення, яке нібито демонструє не що інше, як народження Всесвіту. «Це було наче дивитися на обличчя Бога», — проголосив провідний науковець проєкту Джордж Смут. За словами Стівена Гокінга, картина представляла «одне з найбільших наукових відкриттів століття, якщо не всіх часів».
Темою цих чудових оцінок була кольорова теплова карта неба, створена супутником під назвою КОБІ (COBE від Cosmic Background Explorer). КОБІ мав знімати післясвітіння Великого вибуху, що згасає, море мікрохвиль, яке наповнює простір і доходить до нас майже без збурень з часів, коли космос мав лише крихітну частку свого нинішнього віку. Аморфні на вигляд плями, що прикрашають зображення, вказують на дещо гарячіші та холодніші регіони Всесвіту. У цьому калейдоскопічному візерунку були відбиті важливі підказки про муки народження космосу через частку секунди після його виникнення, на самому краю часу.
Рисунок 1. Карта всього неба післясвітіння Великого вибуху, отримана супутником КОБІ.
КОБІ відкрив золотий вік космології. За три десятиліття, що минули відтоді, галузь перетворилася зі спекулятивної глушини на точну науку. Парадоксально, але тепер ми розуміємо історію Всесвіту в його загальних рисах краще, ніж розуміємо історію нашої власної планети. Проте, перефразовуючи Черчила, це не кінець космології. Це навіть не початок кінця. Але це, мабуть, кінець початку.
Космологія може здатися витонченою дисципліною, але багатьма непрямими способами вона стосується кожного. Нам усім необхідно знати, чому світ такий, який він є, і як ми виникли. Протягом історії суспільства намагалися задовольнити цю потребу, створюючи міти про створення: розповіді, які не були поясненнями в науковому сенсі, а історіями, спрямованими на те, щоб помістити людей у контекст більшої схеми. Коли космологія виникла як строга дисципліна серед давньогрецьких філософів два з половиною тисячоліття тому, вона дістала назву, яка походить від того самого кореня, що й «косметичний», що означає прекрасний, цілісний і завершений; що протистоїть хаосові. Це слово означало, що існує така річ, як «всесвіт», цілісне й організоване утворення, яке може зрозуміти людський розум. Подальший прогрес, однак, мав чекати наукової епохи через дві тисячі років, яка розв’язала потік приголомшливих відкриттів. Коли в 1543 році Коперник проголосив, що Земля обертається навколо Сонця, він зруйнував антропоцентричну модель космосу, яка панувала століттями. Щоправда, безпосередній вплив на повсякденне життя був незначний; не було ні бунтів, ні війн, ні економічних потрясінь. Проте з часом знання про те, що ми не перебуваємо в центрі Всесвіту, фундаментально змінило контекст усього людського існування. Вплив відчувався не лише в науці, але й у релігії, соціології та економіці.
Сьогодні ми готові зазнати зсуву в перспективі, навіть руйнівнішого, ніж той, який ініціював Коперник. Майбутні покоління озиратимуться на нашу епоху і заздритимуть тим, хто має честь побачити це на власні очі. Але під списком відкриттів криється глибока таємниця. З якоїсь причини на незвичайній планеті, що обертається навколо звичайної зорі, розвинувся вид організмів, який зумів зрозуміти, як влаштований світ. Це, безумовно, говорить нам щось дуже важливе про наше місце в природному порядку. Але що?
2. Пошук ключа до Всесвіту
Неможливо, дивлячись на нічне небо, не бути враженим величчю та красою виду – розмашною дугою Чумацького Шляху, міріадами мерехтливих зір, наполегливим, непохитним блиском планет. Величезність і складність вражають. Тисячоліття за тисячоліттями наші предки спостерігали за одним і тим же небом і намагалися зрозуміти те, що бачили. Що стало ключем до його розуміння? Як виник космос? Яке місце людей у великій схемі речей?
Для багатьох стародавніх суспільств розуміння небес було не просто філософським чи духовним пошуком; це також було практичною необхідністю. Знання руху небесних об’єктів мало вирішальне значення для добробуту людини: не лише для навігації, але й для сезонної міграції, вирощування сільськогосподарських культур і відліку часу. Стурбованість наших далеких предків циклами Сонця, Місяця та планет очевидна з мегалітичних споруд, які вони побудували, деякі з них свідомо спроєктовані для узгодження з астрономічними подіями – подіями, що часто пройняті божественним значенням та відзначаються детально розробленими церемоніями. Небо вважалося царством надприродних агентів. У деяких культурах сонце, місяць і самі планети вважали богами.
Але регулярності, очевидні в русі астрономічних тіл, наводили на думку про зовсім інакше уявлення про небо, не як про ігровий майданчик богів, а як про механізм, складну систему рухомих частин. Коли це уявлення закріпилося, точні вимірювання стали вирішальними для визначення того, як цей механізм був організований і відрегульований. Аритметика та геометрія тепер були суттєвими навичками. Астрономи стали впливовими і важливими фігурами в суспільстві, поряд зі священниками та імператорами. Їхні ретельні вимірювання та аналіз поступово виявили порядок і гармонію, кількість і форму в небесній активності. Протягом століть створено багато теоретичних моделей. Добре відому дистиляцію попередніх ідей скомпілював грецький астроном другого століття нашої ери Клавдій Птолемей. Космологія Птолемея описувала складну систему вкладених сфер, що оберталися навколо Землі з різною швидкістю.
Рисунок 2. Всесвіт за Птолемеєм, із Землею в центрі.
Механістичні моделі Всесвіту перебували на правильному шляху, але теологічний вимір ніколи не був усунений повністю. Завжди існувала неприємна проблема походження. Як взагалі виникла велика космічна штукенція? Чи був Першодвигун, який урухомлював цей складний механізм? Надприродний Творець, який створив порядок із хаосу? Бог, який створив Всесвіт з нічого? У цих ранніх моделях не зроблено жодної спроби пов’язати рух астрономічних об’єктів із рухом матеріальних тіл на Землі. Небо і Земля, сповнені руху, залишалися окремими областями. Цей погляд зберігався протягом більшої частини Середньовіччя, аж до сімнадцятого століття. Потім раптово змінилося розуміння людством Всесвіту. Невелика група далекоглядних «натурфілософів» усвідомила, що ключ до Всесвіту не можна знайти ні в божественній волі, ні в геометрії самої космічної архітектури. Швидше, він міститься в законах природи, які виходять за межі фізичного світу й займають абстрактну площину, невидиму для чуттів, але, втім, доступну людському розумові. Число і форма, улюблені стародавніми філософами, проявляються не просто в конкретних фізичних об’єктах і системах, а вплетені в самі закони природи, утворюючи мозаїку тонких патернів, зашифрованих у своєрідному космічному коді. Це був приголомшливий концептуальний поворот, що знаменує перехід від простого опису світу до пояснення. Квантовий стрибок у розумінні, що супроводжував цей перехід, поетично виразив Ґалілей у 1632 році: «Велика книга природи написана мовою математики», без якої «даремно блукаєш темним лабіринтом». Ключ до Всесвіту, сказав Ґалілей, пов’язаний з математичним дешифруванням, і через три століття астроном сер Джеймз Джинз заявив, що «Всесвіт, здається, створив чистий математик!». Ґалілей сам розпочав завдання відкрити прихований математичний порядок природи, але лише поколінням пізніше, особливо з роботами Айзека Ньютона та Ґотфріда Ляйбніца, все зійшлося разом. Це не було грандіозною і високоорганізованою культурною справою, як наукові дослідження сьогодні. Засновники того, що ми тепер називаємо наукою, були більше схожі на членів ексклюзивного культу, майже таємного товариства, нетрадиційно релігійного, дратівливого та егоїстичного, все ще просякнутого містичними традиціями античності.
Ґалілей перший застосував нещодавно винайдений телескоп для дослідження неба. Це дало змогу зробити точніші вимірювання руху планет і форм їхніх орбіт. Як і Ґалілей, Ньютон націлився на Сонцеву систему, прагнучи розкрити математичні закони руху, що однаково застосовуються як на Землі, так і в космосі, і які можна перевірити шляхом спостережень і вимірювань. Щоб досягти цього, йому потрібно було знайти правильний математичний ключ, але його ніде не було у великому корпусі грецької аритметики та геометрії, ні в їх середньовічних уточненнях. Отже, він сам створив його, назвавши теорією флюксій – те, що сьогодні називають диференційним численням. Починаючи з двадцятих років і, безсумнівно, завдяки потребі самоізолюватися вдома в Лінколнширі під час великої чуми 1665–1666 рр., Ньютон застосував флюксії до законів руху та відкрив, як гравітація, та загадкова сила, що тягнеться через простір, слабшає точним аритметичним способом, обернено пропорційно до квадрату відстані між об'єктами.
Раптом у людства з’явилося нове вікно на небо. Спадні параболи комет, граціозні еліпси планет, фестончасті гірації Місяця – усі витончені візерунки небесних орбіт – стали на свої місця, пов’язані одне з одним незмінною логікою фіксованих математичних зв’язків. Я ніколи не забуду хвилювання, яке відчув студентом, коли вперше застосував закони Ньютона до руху планети навколо Сонця та вивів формулу для еліпса! Це було як магія. Уявіть собі почуття благоговіння, яке, мабуть, відчував сам Ньютон, коли його власні власноруч створені рівняння створювали ті самі геометричні патерни, які так старанно каталогізували астрономи за роки спостережень.
Попри разючий прогрес, Ньютон мав грандіозніше бачення. Пояснивши Сонцеву систему, він почав застосовувати свій закон тяжіння до всього космосу. А що Ґалілей звернув свій телескоп на Чумацький Шлях, то стало очевидно, що Всесвіт кишить зорями. Але як вони були розташовані? Чи були вони згруповані у величезній, але обмеженій хмарі, чи безконечно розкидані в нескінченному просторі? Ньютон уявляв космос гігантським годинниковим механізмом із силою тяжіння, яка формує його структуру, буквально тримаючи його разом, універсальною силою притягання, що чіпко тягне кожен об’єкт у космосі. Там, де сила тяжіння протистоїть рухові вздовж криволінійної траєкторії, як це відбувається для Землі, що обертається навколо Сонця, досягається стабільність: наша планета тягнеться Сонцем, але не падає в нього. Але як щодо Всесвіту як цілого? Не маючи нічого, що могло б його підтримувати, чому, дивувався Ньютон, уся сукупність зір не об’єднується в одну велику масу?
Розв’язання, яке він запропонував, полягало в тому, що Всесвіт має бути нескінченним. Не маючи кордонів і центру тяжіння, космос не має жодного привілейованого місця, до якого міг би сколапсувати. Певна зоря буде тягнутися однаково в усіх напрямах, сили врівноважуватимуться: «своїми протилежними притяганнями [вони] знищуватимуть свої взаємні дії», як він виразно висловився. Дарма що цей виверт був розумний, це було щось на зразок інтелектуальної спритності. Делікатна рівновага насправді не стабільна, як визнав сам Ньютон: «Я думаю, що це так само важко, як зробити не одну голку, а нескінченну їх кількість... точно утримувати рівновагу на своїх місцях». Здавалося, нескінченний космос Ньютона балансує на межі колапсу. І все ж як релігійна людина (хоча й своїм власним ексцентричним способом), Ньютон не соромився, коли необхідно, закликати руку Бога, щоб підтримати Його творіння.
І на цьому справа зупинилася. Минуло ще два століття, перш ніж був знайдений правильний розв’язок, але крізь призму історії ми тепер бачимо, що відповідь ховалася перед очима – прямо над нашими головами.
3. Чому вночі темно?
Якщо ви не живете в Арктиці, ніч змінює день так само надійно, як, ну, ніч змінює день. Більшість людей ніколи про це не думає. Але виявляється, що знайома темрява нічного неба говорить нам про щось (буквально) космічне.
Те, що сонце сіло, — це лише частина нічної історії. Є ще питання зір. Зазвичай ми не помічаємо освітлення зір, тому що воно дуже слабке. Це просто тому, що зорі дуже далеко. Візьмімо Сіріус, найяскравішу зорю на небі. Насправді він приблизно у двадцять п’ять разів яскравіший за Сонце, але, як нам здається, Сонце перевершує його в 13 мільярдів разів. Сіріус міститься на відстані 80 трильйонів кілометрів, тоді як Сонце лише за 150 мільйонів кілометрів. Помістіть Сонце поруч із Сіріусом, і воно буде відносно тьмяне.
Яскравість світного об’єкта точно зменшується з відстанню: зоря, побачена з удвічі більшої відстані, буде виглядати на чверть яскравою, з тричі більшої відстані вона буде яскравою на одну дев’яту тощо. Що далі в космос ви дивитеся, то тьмянішими стають зорі. Але цьому протистоїть той факт, що на більшій відстані більше зір, і зростання зоревого населення компенсує притемнювальний ефект відстані. Вважається, що тільки в нашій галактиці 400 мільярдів зір, а в межах сучасного телескопа є мільярди галактик. Тож чому ми не помічаємо сукупного світла від усіх цих світних джерел?
Така ж базова головокрутка хвилювала маловідомого швайцарського астронома Жана-Філіп Люа де Шезо (Jean-Philippe Loys de Cheseaux) в середині вісімнадцятого століття. Де Шезо спало на думку, що якщо, як припустив Ньютон, Всесвіт безмежний, із зорями, розкиданими по всьому простору до нескінченності, то нічне небо мало б горіти зоревим світлом, а Земля смажитися до хрусткої скоринки. Такий самий висновок зробив німецький астроном Гайнріх Ольберс у 1823 році, який дістав назву «Ольберсів парадокс».
Парадокс зник би, якби зорі були розподілені до певної кінцевої відстані, за якою не було б нічого, крім темної порожнечі. Тоді загальна кількість зоревого світла може бути невеликою. Хоч це й правда, але це прямо стикається з проблемою, яка хвилювала Ньютона: якщо кількість зір обмежена, то що заважає їм усім впасти в середину і утворити величезну безладну агломерацію? Отже, це між молотом і ковадлом: або Всесвіт сколапсує, або небо має стати постійною спалювальною піччю.
Рисунок 3. Ольберсів парадокс. Якщо Всесвіт нескінченно заповнений зорями, кожна лінія зору повинна зрештою перетинати зорю, так що на нічному небі не було б темних частин.
Однак є ще один вихід з Ольберсового парадоксу. Навіть якщо зорі справді без обмежень заповнюють простір, чи не могли б вони бути обмеженими в часі? Сьогодні здається очевидним, що зорі не можуть сяяти вічно. Хоч би яким було їх джерело енергії, рано чи пізно вони вичерпають паливо і згаснуть. Однак у дев’ятнадцятому столітті це було не так очевидно; ніхто не знав, що змусило зорі сяяти. Насправді лише в 1940-х роках астрофізики з’єднали цю історію разом.
Зрозуміло, що зорі не можуть сяяти вічно, вони точно сяють тепер, тож якщо їх справді нескінченна кількість, чому їхнє сукупне світло не перетворює ніч на день? Щоб відповісти на це питання, ми повинні повернутися до 1676 року, і знаменного спостереження, що зробив Оле Ремер, данський астроном, який вивчав рух супутника Юпітера Іо, відкритого Ґалілеєм. Іо обертається навколо планети-гіганта так само регулярно, як стрілки годинника. Ромер помітив, що Юпітерів годинник, здавалося, іде повільно, коли Юпітер перебуває на протилежному до Землі боці відносно Сонця. Невідповідність можна пояснити тим, що світлу знадобилося б кілька годин, щоб подолати відстань від Юпітера до Землі. Залежно від того, де Юпітер і Земля розташовувалися на своїх орбітах, час подорожі різнився. Ремер знав розміри орбіт планет, тож використав цю інформацію, щоб визначити швидкість світла на основі точного вимірювання часу рухів Іо. Його відповідь була 214 000 кілометрів на секунду. Враховуючи доступні на той час грубі методи, це разюче близько до фактичного значення 299 792,458 кілометра на секунду.
Швидкість світла така велика, що для повсякденних цілей вона також може бути нескінченною. Але в астрономії вона має велике значення. Світлу від Сіріусу, наприклад, потрібно 8,6 року, щоб дістатися сюди, тому, коли бачите Сіріус у небі, ви бачите його таким, яким він був 8,6 року тому. Якби він вибухнув сьогодні, ми б не знали про це майже десять років. Що далі зоря, то глибше в минулому ми бачимо її. Галактика Андромеди, наприклад, ледь помітна простим оком як нечітка пляма світла, містить зорі, що ми бачимо сьогодні такими, якими вони були два з половиною мільйони років тому. Відстань, яку світло проходить за рік, відома як «світловий рік», – зручна одиниця в астрономії: один світловий рік дорівнює приблизно 10 трильйонам кілометрів.
Тож повернімося до Ольберсового парадоксу. Кінцева швидкість світла перетворює весь аргумент. Припустімо, що певна зоря світить мільярд років. Якщо вона міститься на відстані понад мільярд світлових років, ми все одно не зможемо її побачити, тому що її перше світло ще не прибуло б на Землю. Отже, навіть якщо Всесвіт нескінченний, як припускав Ньютон, ми все одно можемо бачити лише обмежену кількість зір – тих, чиє світло встигло досягти нас. Область за цим виглядатиме темною.
Лише за останнє десятиліття чи близько того космічний телескоп «Габл» зміг проникнути майже до темної зони, за якою немає зір. Вона міститься на відстані понад 13 мільярдів світлових років і оточує простір навколо Землі, який охоплює близько трильйона трильйонів зір. Я саме зробив розрахунок на берегах, щоб оцінити сумарне світло всіх цих зір, і це приблизно стільки ж, скільки світла відкидає на Землю Юпітер, але рівномірно розподілене по небу. Не дивно, що ми його не помічаємо. Наприкінці 2020 року астрономи оголосили, що їм вдалося виміряти об’єднане світло зір у космосі, використовуючи космічний корабль «Нью-Горайзонз» (New Horizons), який віддаляється від нас за орбітою Плутона (де дуже темно). Яскравість нічного неба, виявляється, становить менш ніж одну десятимільярдну від сонцевої, але, очевидно, воно вдвічі яскравіше, ніж передбачалося, з поки що нез’ясованих причин.
Примітно, що астрономам знадобилося так багато часу, щоб так додати два і два. У будь-який час, починаючи з сімнадцятого століття, вони могли б зробити очевидний висновок: вночі небо темне, бо Всесвіт не завжди був таким, який він є тепер. Йому мусило передувати щось зовсім інакше – або, можливо, взагалі нічого.
Що з’їдає Всесвіт?: Та інші космічні питання[перекладена]
Що з’їдає Всесвіт?: Та інші космічні питання[перекладена]
Востаннє редагувалось Вів травня 14, 2024 11:11 pm користувачем Кувалда, всього редагувалось 1 раз.
Re: Що з’їдає Всесвіт?: Та інші космічні питання
4. Великий вибух
У Флегстафі, штат Арізона, є відома обсерваторія, яку побудував 1894 року багатий бізнесмен Персівал Ловел. Він планував використовувати телескопи для пошуку марсіан. У другій половині дев’ятнадцятого сторіччя це не вважалося абсолютно недоречним. Науковці відкрито обговорювали можливість того, що Марс був населений, і астрономи з нетерпінням шукали ознаки життя на червоній планеті. У 1877 році італійський астроном Джовані Ск’япарелі сказав, що він міг бачити прямі лінії або «канали» на поверхні планети, і це викликало багато припущень про «канали Марса». Марсіанську лихоманку блискуче відображено в науково-фантастичній оповіді Герберта Велза «Війна світів» 1898 року. Захопившись уявленнями про марсіанських інженерів, Ловел почав власні спостереження, склавши складні карти того, що виявилося цілком химерною мережею каналів.
Тоді як Ловел продовжував свої донкіхотські пошуки, в його обсерваторії також займалися звичайнішою астрономією. Наприкінці дев’ятнадцятого століття телескопи досягли такого рівня, коли вони могли досліджувати далеко за межами нашої галактики, Чумацького Шляху. Велика проблема дня стосувалася великомасштабної організації космосу. Зокрема, чим були всі ці туманності – тоненькі плями світла – розкидані по небу? Чи це були гігантські газові хмари, розташовані в нашій галактиці, чи цілі галактики самі по собі, надто далекі, щоб можна було розрізнити окремі зорі?
У 1909 році астроном Весто Слайфер з обсерваторії Ловела взявся до дослідження якості світла від загадкових туманностей. Єдиний телескоп, який він мав, був відносно скромний 24-дюймовий інструмент, тому це була повільна, кропітка, повторювана робота. Не маючи вигадливих електронних штуковин, які є сьогодні в астрономів, усі спостереження доводилося робити вручну і на око, часто з імпровізаціями на льоту, щоб дістати від обладнання все найкраще. Слайфер проаналізував слабке туманне світіння за допомогою пристрою під назвою спектроскоп, що призначений для розщеплення світла на його складові кольори. Він працював ніч за ніччю, часто в морозних умовах, записуючи результати на плівку. У ті часи доля астронома не була щасливою. І все ж примус, який керує Слайферами цього світу, полягає в тому, що віддана праця в якомусь маленькому куточку предмета може несподівано відкрити родовище золота. І саме це сталося в обсерваторії Ловела. До 1912 року Слайфер зібрав достатньо даних, щоб зробити висновок, що більшість туманностей мають помітно червоніший колір, ніж Чумацький Шлях. Чому так? Пояснення було очевидне відразу. Коли джерело світла віддаляється з великою швидкістю, випромінювані світлові хвилі розтягуються, зміщуючи довжину хвилі до червоного кінця колірного спектра. Тому Слайфер дійшов висновку, що більшість туманностей мчать від нас геть.
Оглядаючись назад, ми бачимо, що 1912 рік ознаменував справжнє народження сучасної космології. Але не було ні фанфар, ні пресконференції, лише ретельний технічний документ, похований у бюлетені обсерваторії. Минуло кілька років і відбулося ще багато спостережень, перш ніж відкриття Слайфера набуло популярності, і врешті-решт воно привернуло увагу відомого Едвіна Габла, юриста, що став астрономом, якого рідко можна було побачити без люльки. У 1924 році Габл використав великий 100-дюймовий телескоп на горі Вілсон у Каліфорнії, найбільший на той час у світі, щоб виміряти відстань до туманності Андромеди, виявляючи окремі зорі, й тим самим довів, що Андромеда насправді інша ціла галактика, як Чумацький Шлях. Далі Габл оцінив відстані до інших двадцяти трьох галактик. Потім він об’єднав свої результати зі Слайферовими вимірюваннями червоного зсуву й побачив контури чогось систематичного: що далі була розташована галактика, то червоніше її світло і то швидше її віддалення. Воно здавалося пропорційним. Найпростіша інтерпретація цієї моделі полягала в тому, що Всесвіт поступово розширювався, збільшуючись протягом мільярдів років (див. «Війни Габла» нижче). Габл належним чином оголосив про свої результати світові в «Нью-Йорк таймз» 23 листопада 1924 року. Це, безсумнівно, було одне з найважливіших відкриттів двадцятого століття, і невдовзі на астронома-люлькокурця посипалися аплодисменти, залишивши Весто Слайфера неоспіваним героєм розширного Всесвіту.
З усвідомленням того, що Всесвіт не просто існує — незмінна колекція світних залишків — а динамічна система, яка еволюціонує з часом, виникло безліч питань щодо його траєкторії. Звідки взялася ця система і куди вона рухалася? Що визначає швидкість розширення Всесвіту? Чи може швидкість розширення змінюватися з часом? Коли це почалося і чи триватиме вічно?
Одразу стали очевидними два наслідки розширення. По-перше, якщо Всесвіт стає більшим, раніше він мав бути меншим і щільнішим. По-друге, гравітація – універсальна притягальна сила – діяла б як гальмо розширення, уповільнюючи розбігання галактик, бо вони притягаються одна до одної. Через це сповільнення розширення повинно було відбуватися швидше в минулому. Спостереження Габла були недостатньо обширні чи точні, щоб виявити будь-які зміни у швидкості розширення протягом кількох мільйонів років, які вони охоплювали. Проте гальмівний ефект гравітації було достатньо легко вивчити теоретично, і ще в 1921 році російський астроном Александр Фрідман точно розрахував, як швидкість розширення поступово сповільнюватиметься, але його міркування здебільшого проігнорували. Астрономи загравали з одним із наймасштабніших відкриттів в історії науки, але ці перші результати були такі непередбачувані, що жоден провідний науковець був не готовий зважитися й заявити про очевидний наслідок. Зрештою молодому бельгійському священникові й фізикові-теоретику, абатові Жоржу Леметру, у 1927 році випало відкрито заявити, що Всесвіт, який ми тепер спостерігаємо, мав виникнути мільярди років тому як «космічне яйце», стан величезної густини, що розширювався з вибуховою силою. Це був попередник сучасної теорії «Великого вибуху».
Війни Габла
Швидкість розширення Всесвіту виражається числом, відомим як константа Габла, або H. Останній сам присвоїв H значення 500. (В особливій системі одиниць, якій віддають перевагу астрономи, це означає галактику приблизно за 3,3 мільйона світлових років звідси, що віддаляється в середньому зі швидкістю 500 кілометрів на секунду.) Враховуючи H і беручи до уваги гальмівний ефект гравітації, можна визначити вік Всесвіту. Початкова оцінка Габла вказувала на те, що Всесвітові всього близько 2 мільярдів років — менше від половини віку Землі! Астрономи продовжили свою гру та зробили оцінки H, які поступово подовжили припущений вік, але вони розділилися на дві ворожі фракції. Одна нав’язувала значення H 180, інша – 55, використовуючи ті самі методи, і кожна наполягала на тому, що похибки у вимірюванні надто малі, щоб усунути цей розрив. Розбіжність була важливою проблемою, бо що менше число, то більший вік Всесвіту. У 1980-х роках дані, отримані космічним телескопом «Габл», викликали страх. H врешті виявилося рівним 73 – гарний компроміс – за нинішніми оцінками, Всесвітові 13,8 мільярда років. Але нещодавно виявилася нова розбіжність. Вимірювання H з використанням даних щодо космічного мікрохвильового фону (КMФ) дає значення лише 67, що означає вік Всесвіту понад 14 мільярдів років. Чи означає це, що щось серйозно не так з нашим розумінням базової космології? Час покаже.
Ви могли очікувати, що заява такого глибокого значення стала науковою, не кажучи вже про теологічну, сенсацією. Проте відповідь знову була приглушена. Сам Габл сумнівався у висновках Леметра. Альберт Айнштайн, на той час найбільший авторитет у світі з гравітації та космології, був такий же зневажливий. «Ваші розрахунки правильні, — писав він Леметрові, — але ваша фізика жахлива». Айнштайн також відмахнувся від попередніх теоретичних зусиль Фрідмана, і насправді визнав, що Всесвіт дійсно розширюється, лише після відвідин Габла в Каліфорнії 1931 року. Після цього він зробив розворот і підтримав роботу Леметра. Попри цю видатну підтримку, у 1930-х роках спекуляції щодо походження Всесвіту не сприймалися дуже серйозно; справді, космологія навіть не була загальновизнаною дисципліною.
На щастя, теоретична робота Фрідмана та Леметра не була забута, хоча знадобилося ще два десятиліття, перш ніж її відродив Георгій Гамов, неповерненець із Совєтського Союзу, який працював у Сполучених Штатах. Гамов не був астрономом; він був фізик-ядерник. Саме він пояснив тип радіоактивності, відомий як альфа-розпад. Гамов міркував, що молодий, сильно стиснутий Всесвіт мав бути достатньо гарячим, щоб були можливі ядерні реакції. А отже він би пашів, як піч. Що відкривало захопливу можливість. Чи може згасний залишок того первісного тепла все ще пронизувати всесвіт сьогодні, утворюючи космічний фон мікрохвильового проміння?
Рисунок 4. Антена, яка першою виявила шипіння мікрохвиль, що виходять від народження Всесвіту.
Чи справді відбувся Великий вибух?
Не всі астрономи визнали зв'язок між космічним розширенням і вибуховим походженням. За іронією долі, відому прикладку «Великий вибух» спочатку придумав британський астроном Фред Гойл у 1949 році, відкидаючи цю ідею. Гойл вважав модель Леметра про те, що всесвіт заіснував через вибух, нісенітницею, і розробив зовсім інакшу інтерпретацію спостережень Габла, названу теорією «стаціонарного стану». Основна ідея її полягає в тому, що в міру того, як Всесвіт розширюється, а галактики розсуваються, постійно створюється нова матерія, яка поступово скупчується в нові галактики, що заповнюють постійно зростні проміжки. Як наслідок, у дуже великому масштабі Всесвіт завжди виглядатиме так само – суміш старих і нових галактик, що підтримується процесом постійного поповнення. Не було б ні початку, ні кінця, ні гарячого, густого первісного стану.
Гойл затято боровся за свою теорію, збираючи групу вірних прихильників. Близько двадцяти років дві теорії змагалися за підтримку. Але потім стався нокаут. Відкриття КMФ не мало вірогідного пояснення в межах моделі стаціонарного стану, і її підтримка швидко скоротилася.
У цей критичний момент я пішов працювати з Гойлом у Кембриджі. Тут цей всесвітньо відомий астроном і громадська знаменитість, відомий своїми науково-фантастичними романами, а також своїми дослідженнями, був дивним чином ізольований, намагаючись якось урятувати суть своєї теорії, можливо, через розгляд Великого вибуху як інтерлюдії, а не абсолютного походження. Він відмовився від ідеї про те, що частинки матерії безперервно створюються в рідкому супі по всьому простору на користь концентрованих «центрів створення». У 1960-х роках були виявлені надзвичайно компактні об’єкти, так звані квазари, які викидають величезні кількості енергетичного матеріалу. Гойл вважав, що ці джерела енергії були космічними кранами, що заливають нову матерію у Всесвіт. Але простота первісної концепції стаціонарного стану була втрачена, і 1972 року Гойл розчаровано залишив свою катедру в Кембриджі й став чимось на кшталт самітника, який сховався у віддаленому котеджі в Камбрії, де він проводив свої дні, гуляючи та стріляючи по науковому істеблішменту.
Гамов був на правильному шляху. У 1964 році двоє науковців, які працювали над супутниковим зв’язком у лабораторії Бела в Нью-Джерсі, випадково натрапили на це залишкове тепло, в якому купався Всесвіт при температурі, приблизно на 2,7 градуса вищій від абсолютного нуля (абсолютний нуль становить близько −273°C). Воно виявилося як дратівливе шипіння в їхньому приймачі (див. рисунок 4). Усі спроби пояснити це дефектом обладнання (разом із голубиним послідом в антені) провалилися, і єдиним поясненням, що залишилося, було те, що збурення прийшло з космосу. Це була певна ознака Великого вибуху.
Несподівано космологія потрапила в науковий мейнстрім і почала приваблювати найяскравіших умів фізики та математики, таких як Роджер Пенроуз і Стівен Гокінг. Походження Всесвіту внаслідок Великого вибуху нарешті було прийняте серйозно і стало центром інтенсивного теоретичного аналізу. Астрономи стали вимагати кращих спостережень космічного мікрохвильового фону, який сьогодні називають просто КMФ, впевнені, що він містить ключові підказки про ранній Всесвіт. Через атмосферне поглинання для прийнятного огляду КMФ потрібен супутник, і вони його отримали. У листопаді 1989 року НАСА запустило КОБІ (COBE), а разом з ним і золотий вік космології.
5. Де центр Всесвіту?
Все це дуже добре говорити, що Всесвіт розширюється, але що це означає? Розширення на що? Звідки? Коли я вперше дізнався, що галактики мчать від нас, мені здалося, що Земля мусить бути десь близько до космічного нуля — точки в космосі, де стався Великий вибух. З іншого боку, я знав, що вірити, що ми перебуваємо в центрі Всесвіту, — божевілля.
Щоб правильно зрозуміти природу космічного розширення, ви повинні думати про це зовсім по-іншому. Забудьте всі ті телевізійні анімації, які зображують Великий вибух як вибух світної грудки, уламки якої вилітають у навколишній простір. Скільки ми можемо судити, Всесвіт не має центру. Враження, що ми близькі до нього, – ілюзія. Насправді кожна галактика віддаляється від усіх інших.[1] Вид з будь-якої галактики буде приблизно однаковий; у нашому власному місці немає нічого особливого.
Вільна аналогія до танцювального класу, де учні утворюють кільце, тримаючись за руки, поки вчитель пояснює кроки. Учитель каже всім учням відступити на п’ять кроків. Як результат, кільце розширюється, і кожен учень тепер перебуває далі від усіх інших. Але немає особливого, привілейованого учня, від якого тікають інші. Звісно, галактики не розташовані кільцем, але основна ідея працює.
Насправді краще взагалі перестати думати про те, що галактики рухаються через простір. Натомість уявіть, що простір між галактиками розбухає. Цей образ — не просто допомога для візуалізації: простір справді збільшується: щодня у спостережному Всесвіті з’являється додатковий простір на сто мільярдів кубічних світлових років. Потрібен деякий час, щоб звикнути до думки, що пустий простір – порожнеча – може розтягуватися чи здуватися, але це правда: простір доведено еластичний. Насправді простір може не тільки розтягуватися, але й згинатися, крутитися та здригатися. Космічне розширення буквально «всовує простір» між галактиками, і, як результат, вони розходяться все далі й далі одна від одної. Цей новий простір не має «з’являтися звідкись» або розширюватися в щось. Він і є простір.
Озброївшись цією новою ідеєю, ми можемо відповісти на запитання: «Де стався Великий вибух?». Відповідь – усюди. Космічний мікрохвильовий фон — післясвітіння Великого вибуху — не має епіцентру; це не потік проміння, що надходить із певної точки простору. Увесь Всесвіт занурений у мікрохвилі, ніби він похований у гігантській печі. Спостерігаючи КMФ, ви спостерігаєте зародження Всесвіту в кожній точці неба.
Розтягнення простору також дає корисний альтернативний спосіб думати про червоний зсув. Світлові хвилі з далекої галактики мають подолати розширний простір, щоб досягти нас. Коли проміжний простір розтягується, разом з ним розтягуються і прохідні світлові хвилі, тобто їх довжина хвилі збільшується, а частота падає: синій стає червоним. Для найстаріших спостережних галактик довжини хвиль в одинадцять разів більші, коли вони прибувають на Землю, ніж коли вони виходять із цього джерела.
Що далі у Всесвіт ми дивимося, то більшим стає червоний зсув. Коефіцієнт розтягування – відношення довжини хвилі, яка спостерігається на Землі, до тієї, яка була під час випромінювання джерелом – зростає з відстанню, поки не зміщує прийняте світло далеко за межі видної області спектра в інфрачервону, мікрохвильову та радіообласті, до все довшого і довшого, без обмежень. Теоретично коефіцієнт розтягування став би нескінченним на певній критичній відстані. У простій моделі ця відстань відповідає тій, яку могло подолати світло з моменту Великого вибуху. Очевидно ми не могли б бачити далі за неї, бо світло ще не встигло досягти нас за час існування Всесвіту. Отже, в просторі є горизонт – світлий горизонт – який обмежує наш огляд. А що ніщо не може бути швидшим за світло, неможливо точно дізнатися, що лежить за ним. Жоден інструмент, хоч би який потужний він був, не може нас поінформувати. Але подібно до того, як земний горизонт не позначає краю світу – те, що лежить позаду, майже таке ж, – так і космічний горизонт не «край Всесвіту». Краю немає. Горизонт — це просто межа нашої видимої космічної ділянки. Всесвіт цілком може бути нескінченно розширеним у просторі, але якщо він обмежений у часі, ми не можемо зазирнути, щоб побачити. Слід зазначити, що на практиці горизонт оповитий вогненним послідом Великого вибуху. Коефіцієнт розтягування червоного зсуву реліктового проміння, що надходить з тієї епохи, становить близько 1000.
Останній пункт. Якщо галактика міститься, скажімо, на відстані 12 мільярдів світлових років, ми бачимо, де вона була розташована 12 мільярдів років тому, тож можна запитати: де вона тепер? Через розширення Всесвіту сьогодні вона буде на багато мільярдів світлових років далі, ніж тоді. Наприклад, за оцінками, тепер відстань до горизонту становить близько 47 мільярдів світлових років. Важливо пам’ятати, що наші телескопи не дають миттєвого знімка Всесвіту, який він є сьогодні. Натомість об’єднані зображення утворюють компіляцію, історичну часову послідовність, каскадовану разом. Це схоже на те, щоб розрізати фільм на кадри, скласти кадри в упорядковану купу, а потім дивитися зверху через них, щоб побачити весь стос одразу.
[1] Або, скоріше, скупчення галактик віддаляються від інших скупчень. У межах скупчень галактики рухаються і час від часу стикаються одна з одною. Місцева група галактик має у своєму складі Андромеду, яка насправді летить до нас зі швидкістю 110 км на секунду (її світло зазнає синього зсуву, його вперше виміряв наш неоспіваний герой Весто Слайфер) і врешті-решт вріжеться в Чумацький Шлях. Однак це приголомшливе зіткнення відбудеться лише через кілька мільярдів років, і навіть якщо це станеться, навряд чи призведе до зіткнення зір.
6. Чому космос насправді досить простий
Переглядаючи публічну бібліотеку в підлітковому віці, я взяв маленьку книжку, яка нібито містила не що інше, як рівняння Всесвіту. Зізнаюся, я був налаштований скептично. Чи можна велику історію космосу описати лише кількома рядками математики? Невже це так просто? Книжка Деніса Сіами називалася «Єдність Всесвіту», і вона справила на мене глибоке враження. У назві все сказано: є узгодженість і єдність на найбільшому масштабі розмірів, що дає змогу розділити основну історію Всесвіту на три-чотири рівняння.
Чому я кажу, що Всесвіт простий? Хіба це не найскладніше, про що ми можемо думати? Ну і так, і ні. Якби ви спробували описати все, що існує, в окремих подробицях, то, звісно, це було б незбагненно складно. Але так само, як можна переказати історію, скажімо, війни у В’єтнамі, не згадуючи про подвиги кожного окремого солдата, ми можемо визначити основну спрямованість космічної історії, не занурюючись у місцеві деталі. Однак навіть ця приблизна розповідь була б неможлива без деяких дуже специфічних особливостей.
Найважливіша з них – однорідність природи. Скільки ми можемо судити, ідентичні закони фізики діють і на віддаленому боці Всесвіту, і в нашому космічному сусідстві. Чому це так повинно бути, ніхто не знає, і це, можливо, навіть не належне наукове питання, але це важлива причина, чому ми навіть можемо обговорювати «всесвіт» як єдине ціле та будувати розповідь для системи як цілого. Якби закони відрізнялися від місця до місця або від часу до часу, не було б загальної схеми речей.
Але це ще не все. Навіть з урахуванням універсальних законів існує незліченна кількість способів влаштування Всесвіту. Уявіть собі, що оркестр має виступити з концертом, скажімо, П’ятою симфонією Бетговена. Було б цілком логічно віднести це музичне виконання до «оркестру», хоча оркестри складаються з багатьох окремих музикантів. Поки їхня гра «оркестрована», результат буде гармонійний. Якби кожен музикант грав на різній партитурі, не зважаючи на інших, результатом була б жахлива какофонія. Тоді було б безглуздо говорити, що оркестр виконував щось конкретне; справді, було б безглуздо навіть говорити про «оркестр» на відміну від зібрання незалежних музикантів.
Всесвіт організований аналогічно. Замість багатьох складних частин, які поводяться незалежно, є оркестрування, гармонія та координація. Найочевидніше це проявляється в тому, як спостерігають, що Всесвіт розширюється всюди з однаковою швидкістю. Ба більше, кількість галактик на ділянці неба однакового розміру однакова в усіх напрямках, як і температура КMФ. Очевидно, Великий вибух став «вибухом» дивовижно впорядкованим чином. Порівняйте це з вибухами на Землі. Якщо витік газопроводу підриває будинок, уламки безладно розлітаються далеко й широко. Це безлад.
Є третя важлива спрощувальна функція. Згідно з народним переказом, у 48 році до нашої ери велика Александрійська бібліотека була знищена пожежею, однією з найбільших катастроф, які спіткали людську цивілізацію. Неоцінні знання були втрачені, коли книги перетворилися на купи попелу в трагічній демонстрації руйнівної сили тепла. Зазвичай, що сильніший вогонь, то більше він знищує. Сучасні сміттєспалювальні устави можуть зруйнувати найстійкіші хемікати. Всередині сонця так гаряче, що навіть атоми не можуть існувати; вони розбиваються на ядра та електрони. Великий вибух був ще гарячіший. Через одну секунду після початку це було десять мільярдів градусів; через одну мікросекунду – десять трильйонів градусів; через пікосекунду – десять тисяч трильйонів градусів.
Гарячий = просто одна з причин, чому космологи можуть так впевнено говорити про ранній Всесвіт. Це дійсно правда, що кілька простих рівнянь – базова алгебра та числення – точно відображають більшість того, що відбувалося в первісній фазі. Новонароджений Всесвіт, у якому все змішано і розкладено на основні складники, набагато легше описати теоретично, ніж, скажімо, Землю.
У Флегстафі, штат Арізона, є відома обсерваторія, яку побудував 1894 року багатий бізнесмен Персівал Ловел. Він планував використовувати телескопи для пошуку марсіан. У другій половині дев’ятнадцятого сторіччя це не вважалося абсолютно недоречним. Науковці відкрито обговорювали можливість того, що Марс був населений, і астрономи з нетерпінням шукали ознаки життя на червоній планеті. У 1877 році італійський астроном Джовані Ск’япарелі сказав, що він міг бачити прямі лінії або «канали» на поверхні планети, і це викликало багато припущень про «канали Марса». Марсіанську лихоманку блискуче відображено в науково-фантастичній оповіді Герберта Велза «Війна світів» 1898 року. Захопившись уявленнями про марсіанських інженерів, Ловел почав власні спостереження, склавши складні карти того, що виявилося цілком химерною мережею каналів.
Тоді як Ловел продовжував свої донкіхотські пошуки, в його обсерваторії також займалися звичайнішою астрономією. Наприкінці дев’ятнадцятого століття телескопи досягли такого рівня, коли вони могли досліджувати далеко за межами нашої галактики, Чумацького Шляху. Велика проблема дня стосувалася великомасштабної організації космосу. Зокрема, чим були всі ці туманності – тоненькі плями світла – розкидані по небу? Чи це були гігантські газові хмари, розташовані в нашій галактиці, чи цілі галактики самі по собі, надто далекі, щоб можна було розрізнити окремі зорі?
У 1909 році астроном Весто Слайфер з обсерваторії Ловела взявся до дослідження якості світла від загадкових туманностей. Єдиний телескоп, який він мав, був відносно скромний 24-дюймовий інструмент, тому це була повільна, кропітка, повторювана робота. Не маючи вигадливих електронних штуковин, які є сьогодні в астрономів, усі спостереження доводилося робити вручну і на око, часто з імпровізаціями на льоту, щоб дістати від обладнання все найкраще. Слайфер проаналізував слабке туманне світіння за допомогою пристрою під назвою спектроскоп, що призначений для розщеплення світла на його складові кольори. Він працював ніч за ніччю, часто в морозних умовах, записуючи результати на плівку. У ті часи доля астронома не була щасливою. І все ж примус, який керує Слайферами цього світу, полягає в тому, що віддана праця в якомусь маленькому куточку предмета може несподівано відкрити родовище золота. І саме це сталося в обсерваторії Ловела. До 1912 року Слайфер зібрав достатньо даних, щоб зробити висновок, що більшість туманностей мають помітно червоніший колір, ніж Чумацький Шлях. Чому так? Пояснення було очевидне відразу. Коли джерело світла віддаляється з великою швидкістю, випромінювані світлові хвилі розтягуються, зміщуючи довжину хвилі до червоного кінця колірного спектра. Тому Слайфер дійшов висновку, що більшість туманностей мчать від нас геть.
Оглядаючись назад, ми бачимо, що 1912 рік ознаменував справжнє народження сучасної космології. Але не було ні фанфар, ні пресконференції, лише ретельний технічний документ, похований у бюлетені обсерваторії. Минуло кілька років і відбулося ще багато спостережень, перш ніж відкриття Слайфера набуло популярності, і врешті-решт воно привернуло увагу відомого Едвіна Габла, юриста, що став астрономом, якого рідко можна було побачити без люльки. У 1924 році Габл використав великий 100-дюймовий телескоп на горі Вілсон у Каліфорнії, найбільший на той час у світі, щоб виміряти відстань до туманності Андромеди, виявляючи окремі зорі, й тим самим довів, що Андромеда насправді інша ціла галактика, як Чумацький Шлях. Далі Габл оцінив відстані до інших двадцяти трьох галактик. Потім він об’єднав свої результати зі Слайферовими вимірюваннями червоного зсуву й побачив контури чогось систематичного: що далі була розташована галактика, то червоніше її світло і то швидше її віддалення. Воно здавалося пропорційним. Найпростіша інтерпретація цієї моделі полягала в тому, що Всесвіт поступово розширювався, збільшуючись протягом мільярдів років (див. «Війни Габла» нижче). Габл належним чином оголосив про свої результати світові в «Нью-Йорк таймз» 23 листопада 1924 року. Це, безсумнівно, було одне з найважливіших відкриттів двадцятого століття, і невдовзі на астронома-люлькокурця посипалися аплодисменти, залишивши Весто Слайфера неоспіваним героєм розширного Всесвіту.
З усвідомленням того, що Всесвіт не просто існує — незмінна колекція світних залишків — а динамічна система, яка еволюціонує з часом, виникло безліч питань щодо його траєкторії. Звідки взялася ця система і куди вона рухалася? Що визначає швидкість розширення Всесвіту? Чи може швидкість розширення змінюватися з часом? Коли це почалося і чи триватиме вічно?
Одразу стали очевидними два наслідки розширення. По-перше, якщо Всесвіт стає більшим, раніше він мав бути меншим і щільнішим. По-друге, гравітація – універсальна притягальна сила – діяла б як гальмо розширення, уповільнюючи розбігання галактик, бо вони притягаються одна до одної. Через це сповільнення розширення повинно було відбуватися швидше в минулому. Спостереження Габла були недостатньо обширні чи точні, щоб виявити будь-які зміни у швидкості розширення протягом кількох мільйонів років, які вони охоплювали. Проте гальмівний ефект гравітації було достатньо легко вивчити теоретично, і ще в 1921 році російський астроном Александр Фрідман точно розрахував, як швидкість розширення поступово сповільнюватиметься, але його міркування здебільшого проігнорували. Астрономи загравали з одним із наймасштабніших відкриттів в історії науки, але ці перші результати були такі непередбачувані, що жоден провідний науковець був не готовий зважитися й заявити про очевидний наслідок. Зрештою молодому бельгійському священникові й фізикові-теоретику, абатові Жоржу Леметру, у 1927 році випало відкрито заявити, що Всесвіт, який ми тепер спостерігаємо, мав виникнути мільярди років тому як «космічне яйце», стан величезної густини, що розширювався з вибуховою силою. Це був попередник сучасної теорії «Великого вибуху».
Війни Габла
Швидкість розширення Всесвіту виражається числом, відомим як константа Габла, або H. Останній сам присвоїв H значення 500. (В особливій системі одиниць, якій віддають перевагу астрономи, це означає галактику приблизно за 3,3 мільйона світлових років звідси, що віддаляється в середньому зі швидкістю 500 кілометрів на секунду.) Враховуючи H і беручи до уваги гальмівний ефект гравітації, можна визначити вік Всесвіту. Початкова оцінка Габла вказувала на те, що Всесвітові всього близько 2 мільярдів років — менше від половини віку Землі! Астрономи продовжили свою гру та зробили оцінки H, які поступово подовжили припущений вік, але вони розділилися на дві ворожі фракції. Одна нав’язувала значення H 180, інша – 55, використовуючи ті самі методи, і кожна наполягала на тому, що похибки у вимірюванні надто малі, щоб усунути цей розрив. Розбіжність була важливою проблемою, бо що менше число, то більший вік Всесвіту. У 1980-х роках дані, отримані космічним телескопом «Габл», викликали страх. H врешті виявилося рівним 73 – гарний компроміс – за нинішніми оцінками, Всесвітові 13,8 мільярда років. Але нещодавно виявилася нова розбіжність. Вимірювання H з використанням даних щодо космічного мікрохвильового фону (КMФ) дає значення лише 67, що означає вік Всесвіту понад 14 мільярдів років. Чи означає це, що щось серйозно не так з нашим розумінням базової космології? Час покаже.
Ви могли очікувати, що заява такого глибокого значення стала науковою, не кажучи вже про теологічну, сенсацією. Проте відповідь знову була приглушена. Сам Габл сумнівався у висновках Леметра. Альберт Айнштайн, на той час найбільший авторитет у світі з гравітації та космології, був такий же зневажливий. «Ваші розрахунки правильні, — писав він Леметрові, — але ваша фізика жахлива». Айнштайн також відмахнувся від попередніх теоретичних зусиль Фрідмана, і насправді визнав, що Всесвіт дійсно розширюється, лише після відвідин Габла в Каліфорнії 1931 року. Після цього він зробив розворот і підтримав роботу Леметра. Попри цю видатну підтримку, у 1930-х роках спекуляції щодо походження Всесвіту не сприймалися дуже серйозно; справді, космологія навіть не була загальновизнаною дисципліною.
На щастя, теоретична робота Фрідмана та Леметра не була забута, хоча знадобилося ще два десятиліття, перш ніж її відродив Георгій Гамов, неповерненець із Совєтського Союзу, який працював у Сполучених Штатах. Гамов не був астрономом; він був фізик-ядерник. Саме він пояснив тип радіоактивності, відомий як альфа-розпад. Гамов міркував, що молодий, сильно стиснутий Всесвіт мав бути достатньо гарячим, щоб були можливі ядерні реакції. А отже він би пашів, як піч. Що відкривало захопливу можливість. Чи може згасний залишок того первісного тепла все ще пронизувати всесвіт сьогодні, утворюючи космічний фон мікрохвильового проміння?
Рисунок 4. Антена, яка першою виявила шипіння мікрохвиль, що виходять від народження Всесвіту.
Чи справді відбувся Великий вибух?
Не всі астрономи визнали зв'язок між космічним розширенням і вибуховим походженням. За іронією долі, відому прикладку «Великий вибух» спочатку придумав британський астроном Фред Гойл у 1949 році, відкидаючи цю ідею. Гойл вважав модель Леметра про те, що всесвіт заіснував через вибух, нісенітницею, і розробив зовсім інакшу інтерпретацію спостережень Габла, названу теорією «стаціонарного стану». Основна ідея її полягає в тому, що в міру того, як Всесвіт розширюється, а галактики розсуваються, постійно створюється нова матерія, яка поступово скупчується в нові галактики, що заповнюють постійно зростні проміжки. Як наслідок, у дуже великому масштабі Всесвіт завжди виглядатиме так само – суміш старих і нових галактик, що підтримується процесом постійного поповнення. Не було б ні початку, ні кінця, ні гарячого, густого первісного стану.
Гойл затято боровся за свою теорію, збираючи групу вірних прихильників. Близько двадцяти років дві теорії змагалися за підтримку. Але потім стався нокаут. Відкриття КMФ не мало вірогідного пояснення в межах моделі стаціонарного стану, і її підтримка швидко скоротилася.
У цей критичний момент я пішов працювати з Гойлом у Кембриджі. Тут цей всесвітньо відомий астроном і громадська знаменитість, відомий своїми науково-фантастичними романами, а також своїми дослідженнями, був дивним чином ізольований, намагаючись якось урятувати суть своєї теорії, можливо, через розгляд Великого вибуху як інтерлюдії, а не абсолютного походження. Він відмовився від ідеї про те, що частинки матерії безперервно створюються в рідкому супі по всьому простору на користь концентрованих «центрів створення». У 1960-х роках були виявлені надзвичайно компактні об’єкти, так звані квазари, які викидають величезні кількості енергетичного матеріалу. Гойл вважав, що ці джерела енергії були космічними кранами, що заливають нову матерію у Всесвіт. Але простота первісної концепції стаціонарного стану була втрачена, і 1972 року Гойл розчаровано залишив свою катедру в Кембриджі й став чимось на кшталт самітника, який сховався у віддаленому котеджі в Камбрії, де він проводив свої дні, гуляючи та стріляючи по науковому істеблішменту.
Гамов був на правильному шляху. У 1964 році двоє науковців, які працювали над супутниковим зв’язком у лабораторії Бела в Нью-Джерсі, випадково натрапили на це залишкове тепло, в якому купався Всесвіт при температурі, приблизно на 2,7 градуса вищій від абсолютного нуля (абсолютний нуль становить близько −273°C). Воно виявилося як дратівливе шипіння в їхньому приймачі (див. рисунок 4). Усі спроби пояснити це дефектом обладнання (разом із голубиним послідом в антені) провалилися, і єдиним поясненням, що залишилося, було те, що збурення прийшло з космосу. Це була певна ознака Великого вибуху.
Несподівано космологія потрапила в науковий мейнстрім і почала приваблювати найяскравіших умів фізики та математики, таких як Роджер Пенроуз і Стівен Гокінг. Походження Всесвіту внаслідок Великого вибуху нарешті було прийняте серйозно і стало центром інтенсивного теоретичного аналізу. Астрономи стали вимагати кращих спостережень космічного мікрохвильового фону, який сьогодні називають просто КMФ, впевнені, що він містить ключові підказки про ранній Всесвіт. Через атмосферне поглинання для прийнятного огляду КMФ потрібен супутник, і вони його отримали. У листопаді 1989 року НАСА запустило КОБІ (COBE), а разом з ним і золотий вік космології.
5. Де центр Всесвіту?
Все це дуже добре говорити, що Всесвіт розширюється, але що це означає? Розширення на що? Звідки? Коли я вперше дізнався, що галактики мчать від нас, мені здалося, що Земля мусить бути десь близько до космічного нуля — точки в космосі, де стався Великий вибух. З іншого боку, я знав, що вірити, що ми перебуваємо в центрі Всесвіту, — божевілля.
Щоб правильно зрозуміти природу космічного розширення, ви повинні думати про це зовсім по-іншому. Забудьте всі ті телевізійні анімації, які зображують Великий вибух як вибух світної грудки, уламки якої вилітають у навколишній простір. Скільки ми можемо судити, Всесвіт не має центру. Враження, що ми близькі до нього, – ілюзія. Насправді кожна галактика віддаляється від усіх інших.[1] Вид з будь-якої галактики буде приблизно однаковий; у нашому власному місці немає нічого особливого.
Вільна аналогія до танцювального класу, де учні утворюють кільце, тримаючись за руки, поки вчитель пояснює кроки. Учитель каже всім учням відступити на п’ять кроків. Як результат, кільце розширюється, і кожен учень тепер перебуває далі від усіх інших. Але немає особливого, привілейованого учня, від якого тікають інші. Звісно, галактики не розташовані кільцем, але основна ідея працює.
Насправді краще взагалі перестати думати про те, що галактики рухаються через простір. Натомість уявіть, що простір між галактиками розбухає. Цей образ — не просто допомога для візуалізації: простір справді збільшується: щодня у спостережному Всесвіті з’являється додатковий простір на сто мільярдів кубічних світлових років. Потрібен деякий час, щоб звикнути до думки, що пустий простір – порожнеча – може розтягуватися чи здуватися, але це правда: простір доведено еластичний. Насправді простір може не тільки розтягуватися, але й згинатися, крутитися та здригатися. Космічне розширення буквально «всовує простір» між галактиками, і, як результат, вони розходяться все далі й далі одна від одної. Цей новий простір не має «з’являтися звідкись» або розширюватися в щось. Він і є простір.
Озброївшись цією новою ідеєю, ми можемо відповісти на запитання: «Де стався Великий вибух?». Відповідь – усюди. Космічний мікрохвильовий фон — післясвітіння Великого вибуху — не має епіцентру; це не потік проміння, що надходить із певної точки простору. Увесь Всесвіт занурений у мікрохвилі, ніби він похований у гігантській печі. Спостерігаючи КMФ, ви спостерігаєте зародження Всесвіту в кожній точці неба.
Розтягнення простору також дає корисний альтернативний спосіб думати про червоний зсув. Світлові хвилі з далекої галактики мають подолати розширний простір, щоб досягти нас. Коли проміжний простір розтягується, разом з ним розтягуються і прохідні світлові хвилі, тобто їх довжина хвилі збільшується, а частота падає: синій стає червоним. Для найстаріших спостережних галактик довжини хвиль в одинадцять разів більші, коли вони прибувають на Землю, ніж коли вони виходять із цього джерела.
Що далі у Всесвіт ми дивимося, то більшим стає червоний зсув. Коефіцієнт розтягування – відношення довжини хвилі, яка спостерігається на Землі, до тієї, яка була під час випромінювання джерелом – зростає з відстанню, поки не зміщує прийняте світло далеко за межі видної області спектра в інфрачервону, мікрохвильову та радіообласті, до все довшого і довшого, без обмежень. Теоретично коефіцієнт розтягування став би нескінченним на певній критичній відстані. У простій моделі ця відстань відповідає тій, яку могло подолати світло з моменту Великого вибуху. Очевидно ми не могли б бачити далі за неї, бо світло ще не встигло досягти нас за час існування Всесвіту. Отже, в просторі є горизонт – світлий горизонт – який обмежує наш огляд. А що ніщо не може бути швидшим за світло, неможливо точно дізнатися, що лежить за ним. Жоден інструмент, хоч би який потужний він був, не може нас поінформувати. Але подібно до того, як земний горизонт не позначає краю світу – те, що лежить позаду, майже таке ж, – так і космічний горизонт не «край Всесвіту». Краю немає. Горизонт — це просто межа нашої видимої космічної ділянки. Всесвіт цілком може бути нескінченно розширеним у просторі, але якщо він обмежений у часі, ми не можемо зазирнути, щоб побачити. Слід зазначити, що на практиці горизонт оповитий вогненним послідом Великого вибуху. Коефіцієнт розтягування червоного зсуву реліктового проміння, що надходить з тієї епохи, становить близько 1000.
Останній пункт. Якщо галактика міститься, скажімо, на відстані 12 мільярдів світлових років, ми бачимо, де вона була розташована 12 мільярдів років тому, тож можна запитати: де вона тепер? Через розширення Всесвіту сьогодні вона буде на багато мільярдів світлових років далі, ніж тоді. Наприклад, за оцінками, тепер відстань до горизонту становить близько 47 мільярдів світлових років. Важливо пам’ятати, що наші телескопи не дають миттєвого знімка Всесвіту, який він є сьогодні. Натомість об’єднані зображення утворюють компіляцію, історичну часову послідовність, каскадовану разом. Це схоже на те, щоб розрізати фільм на кадри, скласти кадри в упорядковану купу, а потім дивитися зверху через них, щоб побачити весь стос одразу.
[1] Або, скоріше, скупчення галактик віддаляються від інших скупчень. У межах скупчень галактики рухаються і час від часу стикаються одна з одною. Місцева група галактик має у своєму складі Андромеду, яка насправді летить до нас зі швидкістю 110 км на секунду (її світло зазнає синього зсуву, його вперше виміряв наш неоспіваний герой Весто Слайфер) і врешті-решт вріжеться в Чумацький Шлях. Однак це приголомшливе зіткнення відбудеться лише через кілька мільярдів років, і навіть якщо це станеться, навряд чи призведе до зіткнення зір.
6. Чому космос насправді досить простий
Переглядаючи публічну бібліотеку в підлітковому віці, я взяв маленьку книжку, яка нібито містила не що інше, як рівняння Всесвіту. Зізнаюся, я був налаштований скептично. Чи можна велику історію космосу описати лише кількома рядками математики? Невже це так просто? Книжка Деніса Сіами називалася «Єдність Всесвіту», і вона справила на мене глибоке враження. У назві все сказано: є узгодженість і єдність на найбільшому масштабі розмірів, що дає змогу розділити основну історію Всесвіту на три-чотири рівняння.
Чому я кажу, що Всесвіт простий? Хіба це не найскладніше, про що ми можемо думати? Ну і так, і ні. Якби ви спробували описати все, що існує, в окремих подробицях, то, звісно, це було б незбагненно складно. Але так само, як можна переказати історію, скажімо, війни у В’єтнамі, не згадуючи про подвиги кожного окремого солдата, ми можемо визначити основну спрямованість космічної історії, не занурюючись у місцеві деталі. Однак навіть ця приблизна розповідь була б неможлива без деяких дуже специфічних особливостей.
Найважливіша з них – однорідність природи. Скільки ми можемо судити, ідентичні закони фізики діють і на віддаленому боці Всесвіту, і в нашому космічному сусідстві. Чому це так повинно бути, ніхто не знає, і це, можливо, навіть не належне наукове питання, але це важлива причина, чому ми навіть можемо обговорювати «всесвіт» як єдине ціле та будувати розповідь для системи як цілого. Якби закони відрізнялися від місця до місця або від часу до часу, не було б загальної схеми речей.
Але це ще не все. Навіть з урахуванням універсальних законів існує незліченна кількість способів влаштування Всесвіту. Уявіть собі, що оркестр має виступити з концертом, скажімо, П’ятою симфонією Бетговена. Було б цілком логічно віднести це музичне виконання до «оркестру», хоча оркестри складаються з багатьох окремих музикантів. Поки їхня гра «оркестрована», результат буде гармонійний. Якби кожен музикант грав на різній партитурі, не зважаючи на інших, результатом була б жахлива какофонія. Тоді було б безглуздо говорити, що оркестр виконував щось конкретне; справді, було б безглуздо навіть говорити про «оркестр» на відміну від зібрання незалежних музикантів.
Всесвіт організований аналогічно. Замість багатьох складних частин, які поводяться незалежно, є оркестрування, гармонія та координація. Найочевидніше це проявляється в тому, як спостерігають, що Всесвіт розширюється всюди з однаковою швидкістю. Ба більше, кількість галактик на ділянці неба однакового розміру однакова в усіх напрямках, як і температура КMФ. Очевидно, Великий вибух став «вибухом» дивовижно впорядкованим чином. Порівняйте це з вибухами на Землі. Якщо витік газопроводу підриває будинок, уламки безладно розлітаються далеко й широко. Це безлад.
Є третя важлива спрощувальна функція. Згідно з народним переказом, у 48 році до нашої ери велика Александрійська бібліотека була знищена пожежею, однією з найбільших катастроф, які спіткали людську цивілізацію. Неоцінні знання були втрачені, коли книги перетворилися на купи попелу в трагічній демонстрації руйнівної сили тепла. Зазвичай, що сильніший вогонь, то більше він знищує. Сучасні сміттєспалювальні устави можуть зруйнувати найстійкіші хемікати. Всередині сонця так гаряче, що навіть атоми не можуть існувати; вони розбиваються на ядра та електрони. Великий вибух був ще гарячіший. Через одну секунду після початку це було десять мільярдів градусів; через одну мікросекунду – десять трильйонів градусів; через пікосекунду – десять тисяч трильйонів градусів.
Гарячий = просто одна з причин, чому космологи можуть так впевнено говорити про ранній Всесвіт. Це дійсно правда, що кілька простих рівнянь – базова алгебра та числення – точно відображають більшість того, що відбувалося в первісній фазі. Новонароджений Всесвіт, у якому все змішано і розкладено на основні складники, набагато легше описати теоретично, ніж, скажімо, Землю.
Востаннє редагувалось Пон січня 23, 2023 4:23 pm користувачем Кувалда, всього редагувалось 1 раз.
Re: Що з’їдає Всесвіт?: Та інші космічні питання
обширні
Бетовена
Бетовена
Re: Що з’їдає Всесвіт?: Та інші космічні питання
"Бетовен - це все ще той відомий композитор, якого ви знаєте як Бетховена"
. Чесно кажучи, він мав би бути Бітгофен. Най лишається Бетовеномобширний — нормально
Re: Що з’їдає Всесвіт?: Та інші космічні питання
Пошо ти німця ображаєш, забравши у нього Х?
Ludwig van Beethoven [fʌn ˈbeːtˌhoːfn̩] (getauft am 17. Dezember 1770 in Bonn, Kurköln; † 26. März 1827 in Wien, Kaisertum Österreich) war ein deutscher
Re: Що з’їдає Всесвіт?: Та інші космічні питання
бо мій учитель німецької казав th вимовляти як т. https://deutschonline.at.ua/index/pravila_chitannja/0-7
Re: Що з’їдає Всесвіт?: Та інші космічні питання
Ти вчителю довіряєш більше ніж носіям німецької??
https://forvo.com/word/ludwig_van_beethoven/
На сторінці вище бібліотека грецького походження, а в shtadt майже однакові звуки в кінці слова - то не ті випадки
Чи авіалінію ти називаєш Люфтанза?
https://forvo.com/word/ludwig_van_beethoven/
На сторінці вище бібліотека грецького походження, а в shtadt майже однакові звуки в кінці слова - то не ті випадки
Чи авіалінію ти називаєш Люфтанза?
Re: Що з’їдає Всесвіт?: Та інші космічні питання
Люфтганза — це поєднання двох слів люфт і Ганза. Це як в українській вимова дж і дз. Там, де на межі префікса і кореня — як 2 звуки, а от в кукурудзі — один.
Ну так. Це зазвичай запозичені слова: тема. театр, теза, Тюрингія.
Якщо ти не можеш спати через Бетовена, то я додам йому г, але вважай, що ти тоді всядешся/вляжешся на шляху прогресу. і до чого тут німецькомовні? Ти хочеш протягти німецьку вимову в українську?
Ну так. Це зазвичай запозичені слова: тема. театр, теза, Тюрингія.
Якщо ти не можеш спати через Бетовена, то я додам йому г, але вважай, що ти тоді всядешся/вляжешся на шляху прогресу. і до чого тут німецькомовні? Ти хочеш протягти німецьку вимову в українську?
Re: Що з’їдає Всесвіт?: Та інші космічні питання
Судячи з усього є прізвище теж складне. Трясця. Буде Бетговен. Дякую! 
Re: Що з’їдає Всесвіт?: Та інші космічні питання
Угу, фактично бетховен - це бурякова ферма 