во Вселенной и сложим из них треугольник, а затем посчитаем сумму его углов, она будет равна 180 градусам. Этого бы не случилось, если бы пространство было искривленным.
Если мы возьмем две параллельные прямые, то в бесконечности они не пересекутся. Это значит, что пространство не искривлено.
Представьте себе две параллельные прямые на шаровидной поверхности. Они не смогут вечно идти параллельно друг другу – они обязательно пересекутся. Как меридианы, которые пересекают экватор под прямым углом и в этом месте параллельны друг другу. Но на полюсах они все пересекаются.
Космическая обсерватория Планка собрала данные по реликтовому излучению, включая его температуру, линзирование и поляризацию. И оказалось, что его параметр кривизны практически нулевой: ΩK = –0,004.
Возможно, на этапе своего возникновения Вселенная была с очень большой кривизной, однако со временем, расширяясь, она стала плоской.
Массивные объекты искривляют пространство. Как же вселенная остается плоской?
Теория относительности говорит нам о том, что пространство искривлено. И это экспериментально подтвержденная теория. Однако искривляется оно не само по себе, а вблизи массивных объектов.
По факту, плоскость Вселенной означает однородность распределения вещества. Однако вещество во Вселенной в локальных участках распределено неоднородно. Есть пустоты, где плотность галактик в тысячи раз меньше, чем в среднем по Вселенной. А есть, наоборот, точки, где концентрация галактик намного выше, – например, Великий аттрактор и сверхскопление Шепли. Они настолько плотны и велики, что вокруг них начинают вращаться другие галактики, как наша Земля вращается вокруг Солнца. Но все это происходит лишь в небольших масштабах.
На больших расстояниях – например, от 200 миллионов световых лет – вещество во Вселенной распределено однородно по всем направлениям. Аналогичная ситуация и с искривленным пространством. Локально массивные объекты могут искривлять пространство-время. Именно локально!
Когда ученые говорят о том, что Вселенная – плоская по форме, речь идет о больших масштабах, без учета локальных изменений. Что ж, именно так устроена наша Вселенная по данным современной науки. В следующей части книги мы разберем физические законы, лежащие в ее основе.
Часть III
Физика Вселенной
В этой части мы разберем основные физические вопросы, связанные с космосом.
Средневековые ученые считали, что есть два вида сил. Первая тянет предметы вниз. Вторая отвечает за движение космических объектов. Именно потому, что эта сила – другая, Луна не падает на Землю, учили они.
Исаак Ньютон был первым, кто убедительно доказал, что в основе этих сил находится единый механизм. Гравитация! Законы Ньютона прекрасно работают применительно к земным объектам, довольно точно описывают и предсказывают большинство явлений в Солнечной системе. Однако вблизи массивных объектов и при движении со световыми скоростями законы Ньютона неприменимы.
Глава 15
Теория относительности
Говорить о космосе без теории относительности – это как пытаться идти на современную войну со средневековым оружием. Смотрится эффектно, но абсолютно непрактично.
Общая теория относительности Эйнштейна вводит в наше трехмерное пространство четвертое измерение – время. Мы живем в четырехмерном пространстве. То есть кроме классических осей координат X, Y, Z существует еще и временная ось – T. Когда объект движется, время его течет иначе. Оно начинает замедляться. То же самое происходит и при движении вблизи объектов с большой массой, которые оказывают гравитационное воздействие. Получается, что время и пространство тесно связаны друг с другом. Просто мы в обычной жизни этого не замечаем, ведь все объекты на Земле находятся в одинаковом едином гравитационном поле Земли. Да и скорости у нас далеки от скорости света, поэтому эффект замедления времени не так заметен.
Но на уровне спутников инженерам уже приходится вводить поправки, потому что время на микросекунды будет отличаться от земного.
Пространство и время взаимозависимы. При движении в сильном гравитационном поле пространство искривляется. По сути, Эйнштейн представил действие гравитации через искривление пространства. То есть гравитация так меняет пространство, что мы падаем, притягиваясь к массивному объекту.
Общая теория относительности признана всеми учеными, поскольку имеет множество экспериментальных подтверждений. Лучи света искривляются, когда пролетают вблизи массивных тел. Поэтому мы можем видеть объекты, которые спрятаны за другими. Но лучи, идущие от них, изгибаются и доходят до нас. Теория относительности позволила не только непротиворечиво описать текущие явления в космосе, но и взглянуть на прошлое и будущее нашей Вселенной. Теория Большого взрыва и модели развития Вселенной базируются именно на общей теории относительности Эйнштейна.
Однако у этой теории есть один побочный эффект. Она описывает явления космического масштаба, но сама стоит особняком в физике. Ее нельзя «скрестить» с другими физическими теориями.
Глава 16
Теория всего
На протяжении большей части XX столетия научные достижения приводили к технологическому прогрессу. Прогресс в технологиях, в свою очередь, толкал вперед науку. Наука снова толкала вперед технологии, и т. д.
Это был благодатный цикл, который быстро повысил наш уровень жизни. Но для физики этот цикл прервался в середине 1980-х годов. С тех пор мы находимся в фазе застоя. Этот застой постиг не только космологию, но и остальные направления физики: квантовую гравитацию, физику элементарных частиц и квантовую механику. Научно-популярные статьи, охватывающие эти области, по сути, перебирают одни и те же темы, поднимают одни и те же вопросы.
Ключевая проблема современной физики – невозможность создать общую физическую теорию, которая сведет действие всех сил в единые уравнения. Эйнштейн посвятил этому все свои последние научные изыскания. Но они так и не привели к успеху. С тех пор ситуация кардинальным образом не изменилась. В чем же состоит эта проблема?
В современной физике известно четыре вида силы. Эти силы и определяют взаимодействие всех объектов в нашем мире. Только физика описывает их отдельно друг от друга, и нет теории, которая объединит все виды взаимодействий в один.
Четыре фундаментальных взаимодействия
Гравитация. Взаимодействие между объектами, обладающими массой. Чем больше масса и чем ближе находятся объекты, тем сильнее они
