Это стартовая точка расширения, которое мы наблюдаем сегодня. Это значит, что в прошлом был момент рождения Вселенной, день, у которого не было «вчера».
Так как вся материя Вселенной была тогда сжата воедино, в далёком прошлом она, конечно, была горячее и плотнее, чем сегодня, а в первые моменты своего существования была ОЧЕНЬ плотной и горячей. Знаменитый астроном Фред Хойл назвал это огненное рождение «Большим Взрывом». Но в устах Хойла этот термин звучал скорее насмешливо: учёный не мог смириться с мыслью, что у Вселенной есть начало. У него была своя концепция Вселенной, которая расширяется, но существовала вечно, так называемая теория устойчивого состояния. Но об этом в другое время и в другой книге.
Несмотря на зловещее название, идея Большого Взрыва прижилась и представление о расширяющейся Вселенной, рождённой в конкретный момент прошлого, стала лучшим объяснением того, что мы наблюдаем в космосе.
К идее Большого Взрыва нас привела общая теория относительности Эйнштейна. Но, чтобы описать сложные взаимодействия, которые происходили, когда Вселенная была невообразимо горячей и плотной, нужны и другие физические представления. Помимо мощного притягивающего действия гравитации, между основными «строительными кирпичиками» вещества элементарными частицами, такими, как электроны и кварки происходили интенсивные столкновения. Значит, мы не можем не принимать во внимание и другие фундаментальные силы взаимодействия: электромагнетизм, сильное взаимодействие и слабое взаимодействие. В этой книге нам не раз предстоит вернуться к фундаментальным силам, но пока запомним одно: каждое из этих трёх физических взаимодействий описывается законами и математическим языком квантовой механики.
На самых ранних стадиях жизни Вселенной гравитация и все остальные силы боролись друг с другом за власть. Поэтому при описании Вселенной в равной мере нельзя пренебрегать ни квантовой механикой, ни общей теорией относительности. Но мы до сих пор не знаем, как согласовать эти две совершенно разных парадигмы, чтобы они объединились естественно и непринуждённо.
Если мы захотим описать самые ранние стадии жизни Вселенной, придётся вразнобой применять одновременно разные виды математического аппарата в попытках объединить все четыре фундаментальные силы (гравитацию, электромагнетизм, сильное и слабое взаимодействия) во что-то, что (как мы надеемся) будет работать.
Способов одновременно применять разные математические методы много, и мы не знаем, насколько хорошо тот или иной подход ближе к суровой реальности самых ранних дней нашей Вселенной. На этом пути мы рано или поздно достигаем некоторой точки, в которой, сколько бы мы ни вглядывались в более ранние моменты истории Вселенной, наша «математика Франкенштейна» просто перестаёт работать. Мы упираемся в стену, преграждающую движение наших физических теорий, и видим, что не можем продвинуться вперёд ни на шаг. Эта стена не позволяет нам разобрать механизм рождения Вселенной и ответить на важнейший вопрос: откуда же она взялась?
Примечания
1
Лорд Кельвин и его предсказание конца физики: История науки всегда отличалась запутанностью. Точно неизвестно, говорил ли действительно Кельвин эти знаменитые слова о конце науки. Но он, так или иначе, был глубоким и парадоксальным учёным. См. David Saxon, In Praise of Lord Kelvin, Physics World, December 17, 2007, https://physicsworld.com/a/in-praise-of-lord-kelvin.
2
Консервативный Планк: Эту легенду кратко и ярко описал сотрудник и друг Макса Планка (а также один из основателей квантовой теории) Макс Борн в статье Max Karl Ernst Ludwig Planck, 18581947, Obituary Notices of Fellows of the Royal Society 6, no. 17 (November 1948): 16188, https://doi.org/10.1098/rsbm.1948.0024. [Русский перевод: Борн М. Макс Карл Эрнст Людвиг Планк // Борн М. Размышления и воспоминания физика. М.: Наука, 1977. С. 5078. Прим. пер.].
3
О самом знаменитом из всех живших на Земле учёных: Абрахам Пайс в своей книге Abraham Pais, Subtle Is the Lord: Teh Science and the Life of Albert Einstein (London: Oxford University Press, 2005) подробно рассказывает о жизни и творчестве Альберта Эйнштейна, о том вкладе, который он внёс в развитие физики в 1905 году «году чудес», о его восхождении к славе после экспериментального подтверждения общей теории относительности. [Русский перевод: Абрахам Пайс. Научная деятельность и жизнь Альберта Эйнштейна. М.: Наука, 1989 Прим. пер.].
4
Ещё о Максвелле: См. биографию Джеймса Клерка Максвелла, написанную Робином Арианродом Robyn Arianrhod. Einsteins Heroes: Imagining the World through the Language of Mathematics (Brisbane: University of Queensland Press, 2003). Максвелла называют отцом современной науки об электромагнетизме; именно из его прозрений родились революционные взгляды Эйнштейна на природу света.
5
Ещё о теориях Эйнштейна: Трактовку понятия относительности самим Эйнштейном см. в Albert Einstein, Relativity: Teh Special and the General Teh ory (Princeton University Presss 100th Anniversary edition, 2019). [Русский перевод: А. Эйнштейн, О специальной и общей теории относительности, в «Собрание научных трудов в четырёх томах», М.: Наука, 1967, Т. 1, с. 123. Прим. пер.].
6
Наш взгляд на современную космологию: Развитие наших представлений о строении Вселенной активно обсуждается. Прекрасным введением в это обсуждение может быть Cosmology and the Origin of the Universe: Historical and Conceptual Perspectives, by Helge Kragh (arXiv preprint, 2017, https://arxiv.org/abs/1706.00726); книга Teh Cosmic Revolutionarys Handbook: (Or: How to Beat the Big Bang) by Luke A. Barnes and Geraint F. Lewis (Cambridge: Cambridge University Press, 2020) иллюстрирует использование учёными наблюдений Вселенной для раскрытия её внутренних механизмов.
7
Откуда мы знаем, что во Вселенной два триллиона галактик: Научно-популярное освещение этого вопроса см. Ethan Siegel, Tih s Is How We Know Teh re Are Two Trillion Galaxies in the Universe, Forbes, October 18, 2018, https://www.forbes.com/ sites/ startswithabang/2018/10/18/this-is-how-we-know-there-are-two-trillion-galaxies-in-the-Universe.
8
Кто открыл расширение Вселенной: как мы уже сказали, история науки вещь запутанная, и вопрос, кому принадлежит пальма первенства в открытии расширения Вселенной, далеко не простой. Он прояснён в работе Harry Nussbaumer and Lydia Bieri, Who Discovered the Expanding Universe? (arXiv preprint, January 16, 2012, https://arxiv.org/abs/1107.2281v3).