Астрофизика начинающим: как понять Вселенную - Грегори Мон

И мы знаем, что историю каждого атома вашего тела можно проследить назад во времени до самого Большого взрыва и до недр гигантских звезд, содержимое которых взрывами разбросало по их галактикам более пяти миллиардов лет назад.

Мы – живая звездная пыль.

Вселенная дала нам власть понять себя – и мы только начали это делать.

Представьте, что мы приземляемся на другую планету, на которой существует высокоразвитая цивилизация. Обитатели этой планеты могут оказаться совершенно непохожими на нас: трехногими, вообще без ног, со слизистой пурпурной кожей… Они могут быть отвратительнее, чем голые скользкие крысы. Или, возможно, они окажутся прекрасными танцорами – мы просто ничего о них не знаем. Но одно нам известно точно: в их мире действуют те же самые законы природы, что и в нашем.

На языке науки мы называем это универсальностью физических законов.

Если бы вам захотелось поговорить с инопланетянами, вы могли бы совершенно определенно предсказать, что они не смогут общаться с вами по-английски или по-французски, или даже по-китайски. И вы не смогли бы гарантировать, что рукопожатие будет ими воспринято как дружеское приветствие, а не как смертельное оскорбление. Но если их цивилизация действительно высокоразвитая, они должны знать те же физические законы, что и мы. Будь они гигантами или лилипутами, скользкими или шершавыми – они знают, что такое тяготение. Поэтому вы можете твердо надеяться, что найдете с ними общий язык – язык науки.

Законы науки, которые определяют свойства нашего мира, одни и те же во всей Вселенной, от вашего двора до Марса и гораздо дальше. Даже в фильме о звездных войнах, случившихся в одной далекой-далекой галактике, действуют те же законы – ведь и самые далекие галактики остаются частью нашего космоса.

Ученые не всегда были уверены, что физические законы универсальны. До 1666 года, когда английский джентльмен Исаак Ньютон записал закон всемирного тяготения, нечто вроде рецепта, которому следует действие гравитации, ни у кого не было причин думать, что научные законы у нас дома, на Земле, те же самые, как и где-либо еще во Вселенной. На Земле все происходит по-земному, а на небе – на звездах и планетах – все должно идти по-небесному.

Ведь в нашей ежедневной жизни правила могут меняться от места к месту. Может быть, у вас дома разрешается ходить по комнатам в уличных кроссовках. Но если вы приходите в гости к другу, правила его дома могут требовать, чтобы, войдя, вы немедленно разулись и не разносили бы грязь. Раньше ученые думали, что космос тоже устроен именно так. Но Ньютон открыл, что Вселенная не подчиняется этому правилу.

Во Вселенной повсюду действуют одни и те же законы.

В 1665 году люди стали спешно покидать Лондон, чтобы спастись от смертельного заражения чумой. Сэр Исаак Ньютон тоже бежал в свое поместье в Линкольншире. Здесь, вдали от города, у Ньютона появилось свободное время, которое он употребил на размышления. Глядя на свой сад, он стал думать о том, что за сила срывает спелое яблоко с ветки. Почему яблоки падают прямо на землю? И к 1666 году он сумел найти ответ на этот вопрос, сформулировав закон всемирного тяготения.

Гениальность работы Ньютона заключалась в том, что он понял: гравитация не только заставляет яблоки падать в траву. Он сообразил, что та же самая сила тяготения удерживает и Луну на орбите вокруг Земли.

Закон всемирного тяготения Ньютона управляет движением планет, астероидов и комет вокруг Солнца.

Он не позволяет сотням миллиардов звезд галактики Млечного Пути разлететься по всему космосу.

Но тяготение – не единственная сила, чье действие простирается так далеко.

Со времен Ньютона ученые открыли много новых физических законов, которые повсюду действуют одинаково. Эта универсальность физических законов помогла ученым сделать фантастические открытия. Мы можем изучать далекие звезды и планеты и считать, что на них природа следует тем же законам.

Сэр Исаак Ньютон понял, что тяготение не только срывает яблоки с деревьев. Оно удерживает и Луну на орбите вокруг Земли.

Уже после Ньютона астрономы XIX века, основываясь на этой идее, заключили, что Солнце состоит из тех же элементов, которые они уже изучили на Земле: водорода, углерода, кислорода, азота, кальция, железа. Они даже нашли в солнечном свете следы нового элемента и дали ему имя гелий, от греческого «Гелиос» – Солнце. Гелий стал первым и единственным членом большой коллекции элементов – периодической системы, – который был обнаружен вне Земли. Много лет спустя детские дни рождения навсегда изменились, когда дети обнаружили, что могут втягивать в себя газ из накачанных гелием шариков и делать свои голоса писклявыми, как в мультиках.

Ну, хорошо, предположим, физические законы действуют в Солнечной системе – но будут ли они работать по всей Галактике?

А во всей Вселенной?

И были ли они теми же миллион или даже несколько миллиардов лет назад?

Шаг за шагом законы природы подвергались проверке.

Как видно из этого рисунка, когда гравитация притягивает близко друг к другу две массивных звезды, в результате может произойти взрыв.

Астрономы обнаружили, что окрестные звезды тоже состоят из уже знакомых нам строительных «блоков», таких как водород и углерод. Позже, изучая двойные звезды или звездные пары, в которых звезды кружат друг вокруг друга, как не решающиеся атаковать боксеры на ринге, астрономы снова обнаружили, что это происходит под влиянием гравитации. Тот же универсальный закон, что срывал с дерева ньютоновские яблоки и не дает пятиклассникам забрасывать сверху мячи в баскетбольную корзину, связывает эти звезды друг с другом и позволяет ученым предсказывать их движение.