Простая сложная Вселенная - Кристоф Гальфар

В итоге то, что в состоянии увидеть наши глаза сегодня, весьма ограничено по сравнению со всеми существующими видами излучения. Но Вселенную это не волнует. Она наполнена всеми ими. И снова мы метко назвали видимым светом видимый нам спектр и присвоили его отдельным частям собственные названия – цвета. Различие между двумя цветами иногда может показаться весьма условным, но существует весьма точное математическое определение, основанное на расстоянии, на длине волн.

Это правда, что глаза некоторых животных развивались по-разному и что некоторые из них способны видеть свет, выходящий за рамки воспринимаемого людьми. Змеи, например, имеют инфракрасное зрение, а некоторые птицы могут обнаруживать ультрафиолетовые лучи, все это лежит за пределами наших человеческих визуальных возможностей.[15] Но ни одно животное никогда не построило аппаратов для их обнаружения. Кроме нас. И мы заметно преуспели в этом.

В соответствии с количеством переносимой волнами энергии окружающий свет подразделяется на микроволны, радиоволны, инфракрасное излучение, видимый свет, ультрафиолетовое излучение, рентгеновские и гамма-лучи. Радиоволны очень длинные: от 1 до 100 000 и более километров между каждой волной, в то время как длина волн гамма-лучей короче миллиардной доли миллиметра, – но все они являются светом. И все когда-либо созданные телескопы были разработаны для обнаружения световых волн, откуда бы они ни приходили, независимо от их интенсивности, чтобы получить возможность взглянуть на Вселенную через все возможные окна имеющихся у нас технологий. Смотря на небо невооруженным глазом или в телескоп, вы ловите и обрабатываете излученные каким-то далеким источником в космическом пространстве световые волны. Как я уже упоминал, ваше путешествие в первой части состоялось благодаря трехмерной реконструкции всех имеющихся фото- и видеоизображений. Но возможно, тогда вы не заметили, что, хотя путешествие было космическим, оно одновременно являлось путешествием по прошлому, потому что свет не распространяется мгновенно.

Теперь настало время для интересного, но довольно пессимистичного вопроса от друзей по тропическому острову: разве все мы не слышали где-нибудь на званом обеде или в другом месте, как кто-то хвастает познаниями, что видимые нами в небе звезды на самом деле давно погибли?

Это правда? Действительно ли все звезды умерли?

Ну не совсем. По крайней мере не все.

Давайте посмотрим.

Предположим, что ваша двоюродная бабушка, дальняя родственница, обожающая раздаривать всем уродливые хрустальные вазы на Рождество, живет в австралийском Сиднее. Будучи слегка старомодной, она никогда не отправляет никому писем, за исключением ее дня рождения в январе, когда она рассылает всем открытки со своей фотографией на фоне почтового ящика, в который она как раз собирается опустить эту самую открытку. На обратной стороне всегда написано:

Сегодня – мой день рождения.

Было бы мило услышать твой голос в трубке.

С любовью, твоя бабушка.

P. S. Надеюсь, тебе понравилась посланная мною ваза.

Проблема заключается в том, что даже если вы каждый год обещаете себе вспоминать о бабуле, то все равно это не делаете, и, как всегда, к тому времени, как вы получаете очередную открытку, для нее это давно не «сегодня». Январь не может длиться вечно. И как обычно, вы надеетесь, что она не просидела весь месяц у телефона в ожидании звонка…

В любом случае важно во всей этой истории то, что сделанная бабушкой за минуту до отправки открытки фотография, которую вы сейчас держите в руках, вряд ли по-прежнему соответствует ее внешности сейчас. Бабушка даже вполне может оказаться мертвой, как некоторые из звезд там, в вышине. Не волнуйтесь, ваша бабушка здорова, и вы еще получите от нее парочку ваз и даже совершите несколько попыток научить ее рассылать письма по электронной почте вместо открыток. Несомненно, дело пойдет быстрее. Но переписка не станет мгновенной. Ничто не мгновенно. С помощью электронной почты вы все равно получите ее фотографию через долю секунды после отправки. Так что повторюсь: когда она доберется до вас, бабушка уже может быть мертва.

Данная идея заключается не в том, чтобы внушить вам параноидальную мысль, что все, кого вы знаете, могут быть мертвы. Скорее она иллюстрирует, что происходит в космосе, где самый быстрый почтовый сервис, возможно, использует в качестве коммуникационного устройства свет. И каким бы быстрым он ни был, свет весьма далек от мгновенного перемещения. В космическом пространстве его непревзойденная скорость достигает ошеломляющих 299 792,458 километра в секунду. Пока вы читаете это предложение, свет может двадцать шесть раз облететь вокруг Земли. Он – самая быстрая вещь в нашем мире, но удивительно медленная для космоса, учитывая местные межгалактические расстояния.

СВЕТ ЗВЕЗДЫ ВСЕГДА НЕСЕТ В СЕБЕ ЕЕ ОТПЕЧАТОК. ОН ВЫСТРЕЛИВАЕТ В КОСМИЧЕСКОЕ ПРОСТРАНСТВО СО СКОРОСТЬЮ СВЕТА, И ЕМУ МОЖЕТ ПОНАДОБИТЬСЯ ДОВОЛЬНО МНОГО ВРЕМЕНИ, ЧТОБЫ ДОБРАТЬСЯ ДО НАС.

Далее, свет звезды всегда несет в себе ее отпечаток. Он выстреливает в космическое пространство со скоростью света, и ему может понадобиться довольно много времени, чтобы добраться до нас. Это означает, что да, самые дальние видимые звезды, вероятно, погибли. Но не все. Солнце, например, нет. Если быть более точным, сейчас наверняка этого никто не знает, но Солнце не умерло восемь минут и двадцать секунд назад.

Как вы видели в первой части, солнечному свету понадобится около восьми минут и двадцати секунд, чтобы пролететь разделяющие нас 150 миллионов километров. Это означает, что, если бы Солнце сейчас перестало светить, мы бы узнали о такой (достаточно большой) проблеме через восемь минут и двадцать секунд. Это также означает, что с Земли вы всегда будете видеть Солнце восемь минут и двадцать секунд назад. Никогда таким, как в данный миг. Солнце в небе солнечным днем на самом деле никогда не является таким, каким вы его видите. Оно даже больше не находится на этом месте. За восемь минут и двадцать секунд, необходимые для достижения его светом вашей кожи, Солнце пройдет около 117 300 километров по своей орбите вокруг центра Галактики.

Далее, самый отдаленный свет, который удалось обнаружить в нашей Вселенной, добирался до объективов телескопов целых 13,8 миллиарда лет, как раз с того момента, когда Вселенная стала прозрачной.

Огромных звезд, начавших светить через несколько сотен миллионов лет после этого события, безусловно, больше не существует, даже если их свет до сих пор доходит до Земли, делая их для нас видимыми.

То же самое можно сказать и о многих других звездах, расположенных между Солнцем и отдаленными уголками Вселенной.

24 января 2014 года, например, астрономы наблюдали в ночном небе взрыв звезды в далекой галактике. Они увидели его «в прямом эфире», как только свет взрыва достиг их телескопов. Насколько нам известно, звезда считается погибшей с 24 января 2014 года. Но если бы существовал тот, кто жил рядом с ней и был свидетелем взрыва, он назвал бы другую дату – 12 миллионов лет назад.

Подведем итог. Если мы собираемся исследовать космос с Земли, современные технологии не оставляют нам особого выбора: необходимо использовать свет. Никто не может переместиться на другой конец Вселенной. Никто не может телепортироваться туда мгновенно. В итоге, как и в случае с видимой Вселенной, рассматривание ночного неба похоже на получение со всех сторон авторских фотооткрыток, проштампованных в разное время в различных местах прошлого Вселенной в соответствии с тем, когда и откуда они начали свой путь. Только собрав воедино все эти открытки, начиная с границ Вселенной, мы сможем воссоздать кусочек ее истории, какой она видна с Земли.

Именно тот кусочек, который вы облетели в первой части.

Глава 5

Расширение

Повторюсь: все сведения о далекой Вселенной получены из доходящего до нас света.

Для его расшифровки и понимания необходимо точно выяснить, какую информацию несет в себе свет и как он взаимодействует с материей и ее строительными блоками – атомами, с которыми он встречается в космосе.

В следующей части книги вы погрузитесь в самое сердце атомов, но на данный момент все знать о них не нужно. Давайте просто уточним, что атомы можно описать как круглые ядра, окруженные вращающимися вокруг электронами, и эти электроны не беспорядочны, а организованы в определенные оболочки вокруг ядра.

Может оказаться заманчивым представить их в качестве планет, кружащихся вокруг центральной звезды, но это может привести к путанице – собственно, мы и называем траектории электронов вокруг своих атомных ядер орбиталями с единственной целью: отличить их от планетарных орбит.