Как бы то ни было, следуя формулам, ученые пришли к целому ряду фундаментальных вопросов. И первый из них — как все это началось?
Большой взрывВ начале XX в. ученые в основном предполагали, что Вселенная не имеет ни начала, ни конца. Это приводило к некоторым парадоксам — например, невозможно было объяснить, почему Вселенная остается стабильной, а не обрушивается на себя самое под действием сил тяготения, — но другие гипотезы представлялись не более правдоподобными. При создании в 1916 г. общей теории относительности Эйнштейн ввел в свои уравнения специальную космологическую постоянную, нужную только для того, чтобы они допускали решение, приводящее к стабильной Вселенной. Рассказывают, что позднее великий физик называл эту постоянную «величайшей ошибкой своей жизни».
Существовала и альтернативная гипотеза о том, что Вселенная в некоторый момент начала свое существование и затем расширялась вплоть до нынешнего времени; но чтобы физики могли всерьез рассматривать данную точку зрения, ей требовалось экспериментальное подтверждение. Впервые его получил в 1929 г. Эдвин Хаббл, измерив, с какой скоростью от нас удаляются соседние галактики.
Хаббл воспользовался эффектом Доплера — явлением, в силу которого гудок приближающегося поезда имеет более высокий тон, чем гудок удаляющегося; с помощью доплеровских радаров полиция определяет скорость проезжающих машин. Анализируя спектр излучения галактик, Хаббл установил, что все они удаляются от нас, причем тем быстрее, чем дальше от нас находятся.
Если всё во Вселенной разлетается в разные стороны, то значит, когда-то галактики существовали вместе и представляли собой единую невероятно огромную массу. Открытие Хаббла вызвало к жизни целый ряд экспериментов, связанных с измерениями, и в течение последующих 70 лет было получено много данных, указывающих на справедливость этого предположения. В настоящее время среди физиков и космологов господствует мнение, что начало Вселенной представляло собой одномоментное событие; это событие принято называть Большим взрывом. Как показывают расчеты, Большой взрыв произошел около 14 млрд лет назад.
Исключительно важным подтверждением теории Большого взрыва стало открытие, сделанное в 1965 г. Арно Пензиасом и Робертом Вильсоном. Два физика — до некоторой степени случайно — обнаружили микроволновое фоновое излучение, присутствовавшее повсюду, куда они направляли антенну своего нового детектора, и мешавшее основному эксперименту. Исключив все прочие возможные причины помех (в частности, голубей, на которых пало первое подозрение), Пензиас и Вильсон в конце концов пришли к выводу, что фоновый шум исходит непосредственно от Вселенной и представляет собой то самое теоретически предсказанное реликтовое излучение, которое должно было возникнуть при Большом взрыве в результате аннигиляции материи и антиматерии в первые моменты существования Вселенной.
Дополнительный аргумент в пользу данной теории — процентное соотношение во Вселенной определенных элементов, а именно водорода, дейтерия и гелия. Количество дейтерия одинаково во всей наблюдаемой Вселенной, от ближних звезд до самых удаленных галактик, что хорошо согласуется с гипотезой о его образовании в ходе единого процесса при Большом взрыве. Если бы дейтерий образовывался в разных местах в разное время, мы не наблюдали бы совпадения.
Основываясь на этих и других наблюдениях, физики полагают, что Вселенная первоначально представляла собой сжатую в точку чистую энергию; ее плотность была бесконечна, а размеры равнялись нулю. Известные нам физические законы к этому состоянию, именуемому «сингулярностью», неприменимы. По крайней мере до настоящего времени ученые не смогли описать самые ранние процессы, разворачивавшиеся на протяжении первых 1043 секунд (т. е. одной десятимиллионной миллионной миллионной миллионной миллионной миллионной миллионной доли секунды) Большого взрыва. Удалось реконструировать дальнейшие события, которые должны были произойти, чтобы возникла наблюдаемая нами Вселенная, — аннигиляцию материи и антиматерии, формирование стабильных атомных ядер и, наконец, атомов, в первую очередь водорода, дейтерия и гелия.
В настоящее время неизвестно, будет ли Вселенная расширяться вечно или в какой-то момент силы гравитации возьмут верх и галактики начнут вновь сближаться, что в итоге приведет к «Большому сжатию». Этот вопрос остается открытым, поскольку ответ на него зависит от средней плотности вещества во Вселенной, а значительную часть массы Вселенной, по-видимому, составляют так называемые темная материя и темная энергия, которые очень слабо изучены. Но медленное затухание представляется все же несколько более вероятным, чем трагическое крушение.
Что было до Большого взрыва?Коль скоро имел место Большой взрыв, что было до него и что его вызвало (или кто вызвал)? Наука бессильна дать здесь ответ — ни один феномен не демонстрирует ее ограниченности так явно, как этот. Для богословов же теория Большого взрыва выглядит весьма интригующе, так как в ряде религиозных традиций описывается сотворение Вселенной Богом из небытия (ex nihilo). И не подходит ли такое поразительное событие, как Большой взрыв, под определение чуда?
Немало ученых, считавших себя агностиками, испытали такое благоговение перед открывшейся им картиной мира, что заговорили совершенно как богословы. Астрофизик Роберт Джастроу в конце своей книги «Бог и астрономы» пишет: «В настоящий момент представляется, что наука никогда не сумеет поднять завесу, скрывающую тайну творения. Для ученого, жившего верой в могущество разума, все заканчивается как дурной сон. Он одолел горы непознанного, вот-вот покорит высочайший пик — и, перевалив через последнюю скалу, обнаруживает на вершине компанию богословов, которые сидят там уже много веков».
Для тех, кто ищет путей сближения между богословием и наукой, в новейших открытиях, относящихся к происхождению Вселенной, есть много такого, что заставляет теологов и ученых выше ценить достижения друг друга. В другом месте книги Джастроу говорится: «Теперь мы видим, как на основе данных астрономии можно прийти к библейскому взгляду на происхождение Вселенной. Детали различны, но в основных моментах описания того, как был сотворен мир, в современной астрономии и в Библии сходятся; цепь событий, итогом которой стало появление человека, началась внезапно и резко, со вспышки света и энергии».
Я согласен с Джастроу. Навязывая нам вывод о том, что Вселенная имела определенное начало, Большой взрыв прямо-таки вопиет о сверхъестественном объяснении. Непонятно, как природа могла бы сама себя создать. Для этого необходима сила, находящаяся вне времени и пространства.
А дальнейшее творение? Что мы должны думать о длительном, растянутом во времени процессе, в результате которого приблизительно через 10 млрд лет после Большого взрыва образовалась наша планета — Земля?
Формирование Солнечной системы и ЗемлиЗа первый миллион лет после Большого взрыва Вселенная расширилась, ее температура упала, и начали формироваться ядра атомов, а затем и атомы. Под действием сил тяготения материя стала собираться в галактики, которые при этом приобретали вращательное движение, — отсюда спиралевидная форма галактик, в том числе и нашей. Постепенно плотность и температура водорода и гелия в галактиках росли, и в итоге началась термоядерная реакция, или ядерный синтез.
Эта реакция, при которой от слияния четырех ядер атомов водорода образуется ядро атома гелия и выделяется энергия, — основной процесс, происходящий на звездах. Чем больше звезда, тем быстрее она горит, и когда выгорает водород, начинается образование более тяжелых элементов, таких как углерод и кислород. В ранний период существования Вселенной (на протяжении первых нескольких сотен миллионов лет) эти элементы возникали только в ядрах сжимающихся звезд, но некоторые такие звезды затем взрывались — становились сверхновыми, — и тяжелые элементы выбрасывались в пространство в виде межзвездного газа.
Астрономы полагают, что наше Солнце — звезда второго или третьего поколения, образовавшаяся путем локального вторичного сжатия не в ранний период, а около 5 млрд лет назад. Когда это происходило, сравнительно небольшая доля тяжелых элементов осталась вне звезды, и из этого вещества сформировались планеты, вращающиеся сейчас вокруг Солнца, в том числе и наша собственная, которая в ту эпоху была очень негостеприимной. Раскаленная Земля непрерывно сталкивалась с другими крупными небесными телами. Но постепенно планета остыла, вокруг нее образовалась атмосфера, и условия на ней стали пригодными для существования живых организмов. Это произошло около 4 млрд лет назад, а через каких-нибудь 150 млн лет на Земле уже вовсю кипела жизнь.
