100 великих загадок астрономии - Александр Викторович Волков

Земля лежит в той узкой полосе Галактики, где только и может зародиться жизнь. Если бы она оказалась ближе к центру Галактики, где плотность звезд очень высока, то в окрестности Земли регулярно происходили бы взрывы сверхновых и на ее поверхность обрушивались бы потоки смертоносного излучения.

Земля расположена на оптимальном расстоянии от Солнца; ее орбита близка к круговой, а период вращения не очень велик. Все это влияет на среднюю температуру: она должна лежать в пределах от 0 до 100 °C, иначе без специальных средств защиты любые организмы погибнут.

Масса Земли позволяет удерживать воздушную оболочку, при этом в атмосфере планеты не преобладает углекислый газ.

Благодаря Луне земная ось сохраняет одно и то же положение. Иначе климат Земли был бы подвержен таким резким перепадам, что любая жизнь погибла бы.

Громадный Юпитер и его спутники «оберегают» Землю: они притягивают мчащиеся к нам астероиды и кометы. Если бы не этот «гравитационный щит», на Землю регулярно падали бы «космические бомбы», уничтожая всякие начатки жизни.

Сотни миллионов лет земные континенты дрейфуют, поэтому от полюса до полюса протянулась суша, пригодная для обитания. Природные условия на континентах так разнообразны, что жизнь может постоянно развиваться, принимая множество форм. Случайное стихийное бедствие не уничтожит ее. Она приспособится к самым суровым условиям.

«Только в таких райских уголках, как Земля, может по-настоящему процветать жизнь», – заключают авторы книги. В космической лотерее мы выиграли уникальный приз: жизнь.

«Мы не только единственные разумные существа в Галактике, но и единственные – во Вселенной», – столь же категоричен американский физик Фрэнк Типлер. Его довод логично развивает парадокс Ферми: за те десять миллиардов лет, что существует Млечный Путь, корабли инопланетян наверняка успели бы обогнуть всю Галактику, изучив ее запасы не хуже, чем мы – полезные ископаемые Австралии и Антарктиды. «В таком случае в Солнечной системе давно уже не было бы ни облака Оорта, полного комет, ни пояса астероидов. Все эти объекты, изобилующие ценным сырьем, превратились бы в рудники».

Приводятся и биологические резоны против появления у нас «братьев по разуму». Так, выдающийся немецкий и американский биолог Эрнст Майр считал, что во Вселенной вряд ли могла возникнуть вторая разумная форма жизни. «Вопреки расхожему мнению, естественная селекция отнюдь не должна непременно увенчаться появлением высшего разума. В действительности, миллионы видов прекрасно обходятся вообще без разума».

«Должно быть, мы обязаны нашим существованием доброй толике счастья», – полагал и видный американский палеонтолог Стивен Джей Гоулд. Эволюция, писал он, это не целенаправленный процесс, а абсолютно непредсказуемый, хаотический круг событий, смысл которых все еще остается непонятен. Действительно, благодаря своему разуму Homo sapiens добился огромного преимущества над всем остальным живым миром, но ничуть не доказал, что присутствие этого вида чем-то особенно выгодно биосфере нашей планеты. Возможно, без него она развивалась бы гармоничнее и в чем-то разумнее. Может быть, мы останемся в истории Земли только эпизодом, неприметным движителем очередного массового вымирания всего живого, узкой полосой раздела между двумя равновесными состояниями биосферы? Может быть, Земля еще возьмет реванш за наше решительное вмешательство в ее живые ткани – флору и фауну?

Законы природы, действующие на всех просторах Вселенной, превратят инопланетян в подобие человека

Тем более что на примере существования нашей собственной цивилизации мы убеждаемся, насколько случайным было зарождение человечества. Для того чтобы мы появились, понадобилось редкостное стечение обстоятельств. Палеонтолог из Кембриджского университета Симон Конвей Моррис подводит черту под мечтаниями: «Поскольку до сих пор инопланетяне так и не прибыли сюда, их, вероятно, не существует. Если же они все-таки вздумают заявиться, то будут необычайно похожи на нас. Законы природы, действующие на всех просторах Вселенной, превратят их в подобие человека: ловкие, подвижные существа с глазами, парой ног и системой кровообращения. Но вряд ли их суждено дождаться, считают те, кто из той же формулы Дрейка, только премного уменьшив коэффициент зарождения разумной жизни, выводят убедительное “Нет”». «Мы одни во Вселенной» (Ф. Типлер).

Далекое прошлое и будущее космоса

Загадки Большого взрыва

Наша Вселенная возникла 13,7 миллиарда лет назад, порожденная Большим взрывом, и вот уже несколько поколений ученых пытаются понять этот феномен.

В конце 1920-х годов Эдвин Хаббл открыл, что все видимые нами галактики разлетаются – словно осколки гранаты после взрыва, Тогда же бельгийский астроном и богослов Жорж Леметр и выдвинул свою гипотезу (в 1931 году она была изложена на страницах «Nature»). По его мнению, история мироздания началась с того, что взорвался «первичный атом», и это породило время, пространство и материю (ранее, в начале 1920-х годов, советский ученый Александр Фридман, анализируя уравнения Эйнштейна, также пришел к выводу, что «Вселенная создавалась из точки» и это заняло «десятки миллиардов наших обычных лет»).

Поначалу астрономы решительно отвергли рассуждения бельгийского теолога. Ведь теория Большого взрыва как нельзя лучше сочеталась с христианской верой в Бога-Творца. На протяжении двух столетий ученые пресекали проникновение в науку любых религиозных домыслов о «начале всех начал». И вот Бог, изгнанный из природы под мерное покачивание колесиков ньютоновской механики, внезапно возвращается. Он грядет в пламени Большого взрыва, и трудно придумать более триумфальную картину его явления.

Большой взрыв не подчинялся законам точных наук

Но проблема была не только в богословии – Большой взрыв не подчинялся законам точных наук. Важнейший момент истории Вселенной пребывал за гранью познания. В этой сингулярной (особой) точке, расположенной на оси пространства-времени, общая теория относительности переставала действовать, поскольку давление, температура, плотность энергии и искривление пространства устремлялись в бесконечность, то есть теряли всякий физический смысл. В этой точке исчезали, превращались не в ноль, не в отрицательные величины, а в полное их отсутствие, в абсолютную беззначность, все эти секунды, метры и астрономические единицы. Эта точка – разрыв, который не преодолеть на ходулях логики или математики, дыра навылет во времени и пространстве.

Лишь в конце 1960-х годов Роджер Пенроуз и Стивен Хокинг убедительно показали, что в рамках теории Эйнштейна сингулярность Большого взрыва неизбежна. Но это не облегчило работу теоретиков. Как описать Большой взрыв? Что стало, например, причиной этого события? Ведь если до него вообще не было времени, то вроде бы не могло быть и причины, породившей его.

Как мы понимаем теперь, чтобы создать полную теорию Большого взрыва, нужно связать воедино учение Эйнштейна, описывающее пространство и время, с квантовой теорией, занимающейся элементарными частицами и их взаимодействием. Очевидно, пройдет не одно десятилетие, прежде чем удастся это сделать и вывести единую «формулу мироздания».

А откуда, например, взялось то грандиозное количество энергии, что породило этот взрыв величайшей силы? Может быть, она досталась нашей Вселенной от ее предшественницы, сжавшейся в сингулярную точку? Но тогда откуда та ее получила? Или энергия была разлита в первородном вакууме, из которого – «пузырьком пены» – выскользнула наша Вселенная? Или же Вселенные старшего поколения передают энергию Вселенным младшего поколения посредством черных дыр – тех сингулярных точек – в глубинах которых, может быть, рождаются новые миры, которые нам никогда не увидеть? В любом случае, Вселенная в таких моделях предстает «открытой системой», что не вполне соответствует «классической» картине Большого взрыва: «Не было ничего, и вдруг родилось мироздание».

А может быть, как полагают некоторые исследователи, наша Вселенная вообще… лишена энергии, точнее, ее совокупная энергия равна нулю? Положительная энергия излучения, испускаемого веществом, накладывается на отрицательную энергию гравитации. Плюс на минус дает ноль. Этот пресловутый «0» кажется ключом к пониманию природы Большого взрыва. Из него – из «нуля», из «ничего» – мгновенно родилось все. Случайно. Спонтанно. Просто так. Ничтожно малое отклонение от 0 породило вселенскую лавину событий. Можно привести и такое сравнение: каменный шар, балансировавший на тонкой, как шпиль, вершине какой-нибудь Джомолунгмы, внезапно качнулся и покатился вниз, порождая «лавину событий».

В 1973 году американский физик Эдвард Трион попробовал описать процесс рождения нашей Вселенной, используя принцип неопределенности Гейзенберга, одну из основ квантовой теории. Согласно этому принципу, чем точнее мы, например, измеряем энергию, тем неопределеннее становится время. Итак, если энергия строго равна нулю, то время может быть сколь угодно большим. Настолько большим, что рано или поздно в квантовом вакууме, из которого и предстоит родиться Вселенной, возникнет флуктуация. Это и приведет к стремительному разрастанию космоса, казалось бы, из ничего. «Просто Вселенные иногда рождаются, вот и всё», – так незатейливо Трион объяснил подоплеку Большого взрыва. Это был большой Случайный взрыв. Только и всего.