Научное мировоззрение изменит вашу жизнь. Почему мы изучаем Вселенную и как это помогает нам понять самих себя? - Евгений Плисов

Масштабы проектов по поиску нейтрино поражают. Глубина нейтринной обсерватории «Ледяной куб» почти 3 км. Пять с лишним тысяч датчиков погружены в многовековой лед, где на глубине из-за высокого давления вытесняются все, даже мельчайшие пузырьки воздуха, и лед становится кристально чистым. Когда нейтрино от Солнца с малой вероятностью все-таки сталкивается с каким-то атомом в толще льда, то датчики улавливают крохотную вспышку света, которая сопровождает этот процесс. Зачастую таких вспышек может быть лишь несколько в год.

Похожие сооружения помещают в глубокие шахты – такова, например, лаборатория SNOLAB, которая располагается на глубине 2 км в никелевом руднике. Туда исследователи спускаются вместе с шахтерами, только последние выходят из лифта раньше, а ученые спускаются еще глубже. Потом идут 1,5 км по грязному туннелю, чтобы попасть в научный комплекс (очень напоминает фильм «Обитель зла»). Затем после такого путешествия они входят в стерильную зону, где предварительно принимают душ, переодеваются, и с них сдувают все лишние частицы вплоть до последней пылинки. Как пример таких сооружений можно упомянуть нейтринный детектор Super-Kamiokande в Японии, где на глубине одного километра в цинковой шахте регистрируют нейтрино после взрывов далеких сверхновых. Каждую секунду через ваше тело проносится несчетное множество крохотных частиц, образовавшихся во время взрыва звезд. Вы их не чувствуете, они и через ваше тело пройдут, не столкнувшись ни с единым атомом. Но все же они есть. Как говорится, «Видишь суслика? И я не вижу. А он есть».

Вернемся в нашу Вселенную. Скопления звезд в космосе образуют галактики, у которых тоже насыщенная жизнь. Они бывают разных форм и размеров, и, по приблизительным подсчетам, в наблюдаемой Вселенной порядка 2 трлн галактик (цифры разнятся от 100 млрд до 2 трлн галактик), в каждой в среднем по 100 млрд звезд. Маленькие галактики вертятся вокруг больших в ожидании, пока бо́льший собрат их сожрет. Наша галактика называется Млечный Путь, поскольку, с нашей точки зрения, она похожа на разлитое по небосводу молоко. Она тоже участвовала когда-то в акте каннибализма – поглотила маленького соседа, остатки которого до сих пор видны в виде потока звезд в районе созвездия Стрельца. Стоит заметить, на этом приключения нашей галактики только начинаются. Она и всем известная галактика Андромеды сближаются друг с другом на 100–140 км каждую секунду. Соответственно, столкновение двух галактических систем произойдет приблизительно через 3–4 млрд лет. Когда это случится, скорее всего, будет образована одна большая галактика. Не исключено, что наша Солнечная система при этом окажется выброшенной в межгалактическое пространство мощными гравитационными возмущениями. Однако разрушения Солнца и планет, вероятнее всего, при этом процессе не произойдет. Интересно, будет ли на тот момент в нашей галактике разумная жизнь, которая проследит за этим процессом? Или, может, такая жизнь окажется в галактике Андромеды, кто знает.

Поскольку галактики являются главными действующими персонажами в космосе, физики решили подсчитать суммарную гравитацию, которую они создают. И оказалось, что подсчитанная гравитация не может быть объяснена наблюдаемой видимой материей галактик. Это заметно по движению звезд-одиночек, находящихся на отшибе своих галактик или во внегалактическом пространстве. Что-то их тянет, что-то обеспечивает высокую скорость их движения. Согласно наиболее распространенной на сегодня концепции, 85 % всей гравитации Вселенной обеспечивает не видимая материя, а темное вещество, субстанция, никак не участвующая в электромагнитном взаимодействии. Все, что мы знаем, все, что мы видим, – это огромное число галактик и звезд внутри них вносят вклад в наблюдаемую гравитацию лишь на 15 %. Огромный космический океан по большей части состоит из чего-то, что для нас выглядит как ничто, но при этом обладает гравитацией. Тут возникает множество фантастических теорий. Что это за темное вещество? Может быть, это и не вещество вовсе, а некоторое давление сил из параллельных измерений? Впрочем, может оказаться, что все намного прозаичнее, тем более что обнаружены галактики без темной материи, но вдумайтесь: мы дошли до того, что физики всерьез обсуждают вероятность существования параллельных реальностей. Причем законы физики это позволяют! На мой личный взгляд, это фантастика.

Но и это еще не все. Вселенная постоянно расширяется. Она это делает, как мы заметили, с самого своего появления и останавливаться не собирается. Частность этого феномена обнаружил еще в далеком 1929 году Эдвин Хаббл, в честь которого назвали всем известный телескоп – главный поставщик обоев на рабочий стол. Он заметил, что чем дальше от нашей галактики находится другая, тем быстрее она от нас удаляется. Вселенная расширяется во всех направлениях, словно вы надуваете воздушный шарик, и его поверхность растягивается. При этом какая-то сила делает так, что Вселенная расширяется с ускорением. Эту силу сейчас называют «темная энергия». Темная материя и темная энергия названы так не потому, что они темные в буквальном смысле, а потому, что непонятные и таинственные. Придает им темную окраску тень нашего невежества по отношению к ним. Мы не знаем, что это такое. Темная энергия вносит еще больший вклад в состав нашей Вселенной, чем все остальные ее аспекты: 68 % всей массы-энергии в космосе принадлежат ей, 27 % занимает темное вещество и лишь 5 % – привычное нам вещество.

Для того чтобы оценить скорость движения какого-либо объекта, приходится прибегать к хитростям. Например, одной из таких хитростей является эффект Доплера, открытый австрийским физиком Кристианом Доплером в 1842 году. Если тело движется и испускает свет, то сам факт движения в нашу сторону должен повышать частоту волн, испускаемых телом, а также уменьшать их длину. Если же объект движется от нас, то, наоборот, длина волны должна увеличиваться, а частота снижаться. Это работает для любых волн, будь то световые, звуковые или любая вибрация. Если вы знаете, во́лны какой частоты должен испускать объект, а он испускает волны другой частоты, то, вероятно, он движется к вам или от вас. Забавно, как Доплер сперва проверял этот эффект. В 1845 году он оценивал смещение по шкале частот звука от оркестра, играющего на платформе, прикрепленной к паровозу, а его помощники, обладатели идеального слуха, оценивали тональность мелодии в зависимости от того, приближается паровоз с оркестром или удаляется. Научные эксперименты бывают разные. Но в космосе из-за огромных расстояний этот эффект меняется на похожий, и называется он «космологическое красное смещение». Благодаря ему мы видим, как Вселенная пытается куда-то убежать. Где бы вы ни находились во Вселенной, остальная ее часть будет удаляться от вас. То есть, как бы вы ни провели свои наблюдения, вы обнаружите, что мир разбегается аккурат от вас, а вы будто бы в его центре. Очень приятно, без сомнений, ощущать себя центром мироздания, пусть даже остальное мироздание пытается убежать от вас и при этом постоянно ускоряется. Однако, как бы странно это ни звучало, подобный феномен будет наблюдаться в любой точке космоса. Все точки на плоскости координат разбегаются друг от друга, при этом каждая точка пространства считает себя сердцевиной. Не потому что точки двигаются, просто растет сама плоскость координат.

Все, что не является частью галактики Млечный Путь, рано или поздно удалится от нее настолько, что пропадет из поля зрения. Более того, в какой-то момент, поскольку расширение идет с ускорением, внешние объекты относительно нашей галактики будут удаляться от нее быстрее скорости света, а значит, свет от них никогда больше не достигнет нас. Законы физики запрещают движение выше скорости света, однако эти законы работают в статичном пространстве-времени. Когда сама ткань пространства расширяется, то возможно движение с большими скоростями. Если мы представим гипотетическую планету в составе нашей галактики в эти далекие времена, то местные жители, взглянув на небо, не увидят ничего, кроме остатков от того, что раньше называлось «разлитое молоко галактики Млечный Путь». Больше на небе не будет ничего, никаких звезд, кроме звезд малой массы (менее 0,2 от солнечной массы). Более массивные звезды на тот момент уже завершат свою жизнь и погаснут. А о звездах в составе других галактик эти существа никогда не узнают, поскольку даже свет этих звезд, самая быстрая штука в нашем мире, не успевает добраться до их планеты. Это случится примерно через триллион лет. Безграничная пустота. Тьма на поверхности бездны. Они никогда не узнают, что же было раньше, как появилась их Вселенная и что есть еще 2 трлн таких же одиноких галактик, как они. Но вдумайтесь: а вдруг мы и есть те самые существа, живущие в эпоху, когда некий феномен, какая-то разгадка нашего с вами мира уже не может нас достичь, потому что уже слишком поздно? Мы так и не найдем ответ, потому что результаты ключевого события уже слишком далеко и «давно»? Впрочем, не будем о грустном. С такой же вероятностью мы можем существовать в ту самую бесконечно счастливую эпоху, когда у нас есть возможность открыть все ларцы с секретами нашего мира и понять все, что наш разум способен понять. Разумеется, стоит сделать поправку на наш до сих пор несовершенный мозг, привыкший к трехмерному пространству, но все же… сама возможность постичь таинства мира, пока они еще доступны, будоражит воображение.