Великие сюрпризы космологии

Великие сюрпризы космологии

Самым удивительным фактом современной космологии является то, что не вся она является иронической. Космология преподнесла нам несколько истинных, бесспорных сюрпризов. В начале XX столетия о Млечном Пути, острове звезд, внутри которого ютится наше Солнце, думали, что он составляет целую Вселенную. Затем астрономы поняли, что крошечные пятнышки света, называемые туманностями, которые считали газовыми облаками внутри Млечного Пути, на самом деле являются островами звезд. Млечный Путь — только одна из огромного числа галактик во Вселенной, которая намного, очень намного больше, чем кто-либо это себе представлял. Это открытие стало огромным, эмпирическим, неоспоримым сюрпризом, и даже самые твердолобые релятивисты с трудом решались его отрицать. Если перефразировать Шелдона Глэшоу, галактики не воображаемы и невоображаемы, они существуют.

Затем пришел черед еще одного великого сюрприза. Астрономы обнаружили, что излучение галактик неизменно смещается к красной части видимого спектра. Очевидно, галактики мчатся прочь от Земли и друг от друга, и эта скорость разлета галактик вызывает допплеровское смещение спектральных линий (такое же смещение имеет звук сирены «скорой»: становится ниже по мере того, как она удаляется от слушающего). Смещение в красную область спектра поддержало теорию, основанную на теории относительности Эйнштейна, о том, что Вселенная началась со взрыва, повлекшего за собой жизнь.

В пятидесятые годы теоретики предрекали, что огненное рождение Вселенной миллиарды лет тому назад должно было оставить после себя свечение в виде слабых микроволн. В 1964 году два радиоинженера из «Белл Лабораториз» натолкнулись на так называемое фоновое космическое излучение. Физики также предположили, что огненный шар творения послужил, как при ядерном взрыве, синтезу водорода в гелий и другие легкие элементы. Тщательные наблюдения на протяжении последних нескольких десятилетий показали, что обилие легких элементов Млечного Пути и других галактик точно соответствует теоретическим предсказаниям.

Дэвид Шрамм (David Schramm), работающий в «Фермилэб» и Чикагском университете, любит называть эти три линии доказательств — красную часть спектра галактик, фоновое излучение и огромное количество легких элементов — столпами, на которых стоит теория Большого Взрыва. Шрамм — крупный мужчина, грудь колесом, энергия бьет ключом. Он — летчик, скалолаз и бывший (во время учебы в школе) чемпион по греко-римской борьбе. Он неустанно пропагандирует Большой Взрыв и свою собственную роль в уточнении расчетов количества легких элементов. Когда я приехал в Швецию на симпозиум, Шрамм усадил меня рядом с собой и с огромным количеством деталей представил доказательства Большого Взрыва.

— Большой Взрыв сейчас фантастически обоснован, — сказал он, подчеркнув слово «фантастически». — У нас есть общая схема. Нам просто нужно заполнить пробелы.

Шрамм признал, что некоторые из этих пробелов довольно крупные. Теоретики не могут точно определить, как горячая плазма ранней Вселенной конденсировалась в звезды и галактики. Наблюдения показали, что видимые звезды, которые астрономы в состоянии рассмотреть в телескопы, недостаточно массивны, чтобы предотвратить разлет галактик в разные стороны; связывать галактики должна какая-то единая, или темная, материя. Вся материя, которую мы в состоянии увидеть, возможно, просто пена на глубоком, темном море.

Другой вопрос касается того, что астрофизики любят называть «крупномасштабной структурой». На заре космологии галактики казались разбросанными во Вселенной более или менее равномерно. Но когда качество наблюдений улучшилось, астрономы обнаружили, что галактики имеют тенденцию собираться вместе в окружении гигантских пустот. Наконец, встает вопрос о том, как Вселенная вела себя в так называемую эпоху квантовой гравитации, когда космос был таким малым и горячим, что все силы Вселенной считались унифицированными. Вот эти вопросы доминировали во время дискуссии на Нобелевском симпозиуме в Швеции. Но ни одна из этих проблем, настаивал Шрамм, не угрожала базовой схеме Большого Взрыва.

— Только потому, что торнадо нельзя предсказать, — сказал он, — не означает, что Земля не круглая[77].

Шрамм выступил примерно с таким же сообщением перед коллегами-астрофизиками на Нобелевском симпозиуме. Он настойчиво повторял, что космология вступила в золотой век. Его энтузиазм, более подходящий представителю Торговой палаты, казалось, раздражающе действовал на некоторых из его коллег; в конце концов, человек не становится астрофизиком для того, чтобы добавить детали, не открытые пионерами. После энного произнесения Шраммом словосочетания «золотой век», один физик рявкнул, что нельзя знать, золотой сейчас век или нет, если ты живешь в нем, — это можно определить, только оглядываясь назад. Шрамм не угомонился. Другой коллега предположил, что при помощи крупного Шрамма можно было бы решить проблему темной материи, используя его для связи галактик. Еще один предложил использовать Шрамма в качестве затычки, чтобы нашу Вселенную никто не высосал через червоточину.

Ближе к концу симпозиума в Швеции Хокинг, Шрамм и все остальные астрофизики сели в автобус и поехали в ближайшую деревню на концерт. Когда они зашли в лютеранскую церковь, где должен был состояться концерт, она уже была заполнена. Оркестр — белобрысые юноши и сморщенные старцы, крепко державшие скрипки, кларнеты и другие инструменты, уже был в сборе. Зрители заполнили балконы и места, обычно отводимые для паствы. Когда ученые пошли по центральному проходу к передним местам, зарезервированным для них, с Хокингом в инвалидной коляске во главе, жители деревни начали хлопать, вначале робко, затем страстно, и хлопали целую минуту. Это было очень символично: в этот момент, по крайней мере, в этом месте и для этих людей наука превзошла религию как источник истины о Вселенной.

Однако ученое сообщество раздирали сомнения. Пока не начался концерт, я услышал разговор между Дэвидом Шраммом и Нейлом Туроком (Neil Turok), молодым английским физиком. Турок признался Шрамму, что он так обеспокоен неразрешимостью вопросов, относящихся к темной материи и разлету галактик, что думает оставить космологию и перейти в другую область.

— Есть ли у нас вообще какое-то право понимать Вселенную? — жалобно спросил Турок.

Шрамм покачал огромной головой. Основная схема космологии, теория Большого Взрыва, абсолютно правильна, прошептал он, когда оркестр начал проверять инструменты, от астрофизиков просто требуется кое-где свести концы с концами.

— Все определится само собой, — сказал Шрамм.

Казалось, что слова Шрамма успокоили Турока, но, вероятно, ему следовало насторожиться. А что если Шрамм прав? Что если астрофизики уже имеют в виде теории Большого Взрыва основной ответ на загадку Вселенной? Что если все, что осталось, — это в самом деле лишь свести концы с концами, те, что можно?

При этом условии не удивительно, что сильные ученые типа Хокинга перескочили через теорию Большого Взрыва в постэмпирическую науку. А что еще делать такому творческому и честолюбивому человеку?