Космологические коаны. Путешествие в самое сердце физической реальности - Энтони Агирре Страница 56

Ты поражен этим удивительным интеллектуальным подвигом, но кое-что понуждает тебя (причем, откровенно говоря, тебе это даже доставляет удовольствие) не отклоняться от хода своих мыслей.

«Может, и так. Но я думаю, ты не придал значения очень важному факту, лежащему в основе всех твоих наблюдений».

«Могу я узнать, что же это?» — спрашивает Галилео.

«Кто-то украл наш навес».

Если бы непрерывность звезд была бесконечна, тогда бы заднее поле неба являло нам единообразную светящесть, подобную исходящей от Млечного Пути, — ибо, безусловно, не было бы точки на всем этом заднем поле, где не существовало бы звезды.

Эдгар Аллан По «Эврика»[89]

Вряд ли выводы Галилея на самом деле были именно такими, и не похоже, что свои наблюдения он проводил за городом (под навесом или без него). Но красота бархатно-черного неба, инкрустированного звездами, на самом деле тесно связана со структурой космоса на самых больших масштабах.

Глядя на ночное небо (или просто представив его себе), всмотритесь в черное пространство между звездами. Да, оно темное, но с помощью бинокля можно увидеть гораздо больше звезд. Свет от этих звезд слишком слабый, и поэтому они не видны невооруженным глазом. Некоторые звезды действительно маленькие и тусклые, но большинство из них мы едва различаем просто из-за того, что они слишком далеко. Давайте посмотрим, к каким выводам можно прийти, исходя только из того, что небо черное.

Здесь, на Земле, вы, конечно, отмечали, что далекие огни кажутся менее яркими, чем те, что рядом. Однако есть два обстоятельства, на которые вы могли не обратить внимания. Во-первых, свет от удаляющихся предметов слабеет быстро и строго по определенному закону: свет, который вы видите, уменьшается как квадрат расстояния. Это значит, что если расстояние до вас увеличивается в два раза, света будет в четыре раза меньше. Во-вторых, это явление не связано с тем, что предмет на самом деле стал более тусклым. Другими словами, если яркий предмет испускает определенное количество света и на его пути нет никакого вещества, поглощающего свет или отклоняющего его, свет, доходящий до вас от этого предмета вдоль определенного луча зрения, тоже будет неизменным. Изменение восприятия связано просто с тем, что удаляющийся предмет постепенно занимает все меньшую часть вашего поля зрения.

Приведем конкретный пример. Представьте себе небольшой, однородно светящийся квадрат, который можно перемещать на разные расстояния от вас. Отдаляясь, он кажется все меньше и все более тусклым. Предположим, что вы поместили этот квадрат на расстоянии 10 метров и одновременно, соединив четыре точно таких же квадрата в один, поместили большой квадрат на расстоянии 20 метров. Один квадрат и квадрат, составленный из четырех квадратиков, будут казаться одинаково яркими. Это можно сказать по-другому: если смотреть на квадрат через соломинку, то до тех пор, пока при взгляде через соломинку он занимает все поле зрения, вы не увидите, что квадрат тускнеет при увеличении расстояния[90].

Теперь вернемся к ночному небу. Очень слабо светящиеся, с трудом различимые звезды кажутся такими главным образом потому, что занимают существенно меньшую часть неба, чем те звезды, которые вы легко видите. Вооружившись немыслимо тонкой соломинкой, посмотрите на близкие и существенно более далекие звезды одного звездного класса — и вы увидите, что они кажутся сравнимыми по яркости.

А что будет, если мы используем эти результаты в применении ко всей Вселенной? Во времена Галилея было широко распространено представление о вселенной как о системе планет (с Землей или Солнцем в центре) и кучке далеких звезд на большом расстоянии. Однако даже тогда были мыслители, такие как Джордано Бруно, убежденные, что звезды в известной степени однородно рассеяны в бесконечном пространстве, а наше Солнце с его планетами — одна из таких звезд. Тогда, следуя за Джордано Бруно, можно предложить очень простую модель Вселенной: размер ее бесконечен, она бесконечно стара и однородно заполнена вечно сияющими одинаковыми звездами. Теперь посмотрите в любом выбранном вами направлении. Если линия вашего взгляда вдоль этого направления будет устремляться все дальше и дальше вглубь космоса (возьмите самую тонкую из тончайших соломинок), когда-нибудь она должна будет столкнуться со звездой. Таким образом, куда бы вы ни посмотрели, в любом направлении вы видите поверхность какой-то звезды. Если собрать их все вместе, небосвод будет просто залит светом!

Этот парадокс, обычно приписываемый Генриху Вильгельму Ольберсу, означает, что представление о бесконечно старой, бесконечно большой, однородной и неизменной Вселенной смысла не имеет. Никакие простые ухищрения, как то: добавление пыли, затемняющей очень далекие звезды, допущение о том, что звезды зажигаются и гаснут, или что-то в этом роде не спасают положения. Например, пыль может затруднить наблюдение далеких звезд, но пыль и сама станет разогреваться и испускать излучение, так что будет видно сверхъяркое свечение пыли. На самом деле, такой разогрев позволяет взглянуть на эту задачу еще и по-другому: бесконечное число вечно существующих звезд отдает бесконечное количество энергии. Эта энергия никуда не девается и постепенно заполняет космическое пространство невероятно горячим излучением. Хотя на протяжении восемнадцатого, девятнадцатого и двадцатого веков мыслители один за другим убеждали себя, что знают, как разрешить этот парадокс, он представляет собой реальную проблему для такого рода моделей Вселенной[91].

А что можно сказать о бесконечно старой, однородной, статической Вселенной конечных размеров? То есть о Вселенной конечного объема, однородно заполненной звездами? Предположив, что так может быть, вы окажетесь в хорошей компании: после создания теории гравитации именно эту космологическую модель сначала предложил Эйнштейн. Но она оказалась совершенно непригодной! Очевидно, что и такая Вселенная неизбежно будет заполняться излучением все бесконечное время своей жизни. Она тоже падет жертвой парадокса Ольберса, поскольку и в этой модели линия зрения, петляя по Вселенной, рано или поздно наткнется на звезду. (Непонятно, почему Эйнштейн не сразу заметил столь существенный недостаток своей космологии. Эта поучительная история показывает, как даже лучшим из нас трудно отойти от своих исходных предположений.)

Итак, что еще может быть? Допустим, мы отказываемся от предположения, что Вселенная бесконечно стара. А что получится, если считать, что Вселенная неизменна, но возраст ее конечен? Это подойдет! Когда мы смотрим в каком-то направлении, заглядывая все дальше и дальше, мы также смотрим