Алексей Цвелик - Жизнь в невозможном мире - Краткий курс физики для лириков

Не могу удержаться, чтобы не сделать небольшое отступление и не рассказать об этом знаменитом «просчете» Эйнштейна и о том, как сформировались современные взгляды на развитие Вселенной. На протяжении этой книги я много раз упоминал: ученые считают, что Вселенная имела начало во времени. Несмотря на то что осознание этого факта пришло к Эйнштейну и другим гигантам науки в 1920-е годы, после того, как астроном Хаббл открыл эффект красного смещения, консенсус среди широкой научной общественности установился только в 1960-е годы. Решающим фактором послужило открытие так называемого реликтового излучения или, проще говоря, света, дошедшего до нас с сотворения мира. Может быть, читатель помнит, как в «Братьях Карамазовых» Смердяков издевался над простой верой воспитавшего его слуги Григория: «Свет создал Господь Бог в первый день, а солнце, луну и звезды на четвертый день. Откуда же свет-то сиял в первый день?» Вот этот-то свет, сиявший в первый день, когда еще не было ни звезд, ни планет, и «увидели» в 1965 году американские физики Арно Пензиас и Роберт Вильсон. Открытие это совершилось при испытаниях новой огромной антенны, созданной совсем не для астрофизических целей. При испытаниях антенны Пензиас и Вильсон, к огромному своему раздражению, обнаружили, что не могут добиться хорошего качества приема на интересовавших их частотах из-за постоянного шума. Сначала думали, что источником шума являются недостатки конструкции антенны, потом грешили на голубей, потом думали, что его источником является расположенный поблизости город Нью-Йорк. Однако оказалось, что излучение идет из космоса и приходит равномерно со всех сторон. Вскоре выяснился еще один удивительный факт: спектральный состав этого излучения совпадал с излучением абсолютно черного тела с температурой примерно 2,7 градуса по шкале Кельвина (-270 °C). Означать это могло только одно: наблюдаемое инфракрасное излучение есть продукт материи, равномерно заполнявшей Вселенную и находившейся когда-то в термодинамическом равновесии сама с собой и с излучением (так и определяется в физике понятие «абсолютно черного тела»). Надо ли говорить, что мир сегодняшнего дня ничем такое состояние не напоминает. Каждая звезда и планета имеют свою температуру (правильнее сказать, среднюю, поскольку температура внутренних частей и поверхности разная), свет сам с собой практически не взаимодействует и поэтому прийти в состояние термодинамического равновесия не может. Между тем, как было замечено теоретиками Гамовым, Альфером и Германом еще в 1948 году, теория Большого взрыва предсказывает, что когда-то вещество Вселенной находилось именно в таком состоянии. То есть, до достижения Вселенной возраста в 400 000 лет (по нашим нынешним стандартам), ее вещество представляло собой плазму, совершенно непрозрачную для излучения. Вот это и было тем, что физика называет абсолютно черным телом. «И сказал Бог: да будет свет. И стал свет. И увидел Бог свет, что он хорош; и отделил Бог свет от тьмы» (Быт 1, 3–4). Отделение света от тьмы (вещества) произошло, когда температура материи упала ниже порога ионизации атомов водорода (около 3 000° К). С этого момента излучение (свет), продолжая оставаться в термодинамическом равновесии, фактически перестало взаимодействовать с веществом. По мере расширения Вселенной это оставшееся от «горячих» времен излучение остывало (при адиабатическом, то есть в отсутствие внешних источников тепла, расширении произведение Т 3V, где Т— температура по шкале Кельвина, a V — объем, остается постоянным, поэтому чем больше объем, тем меньше температура излучения) и к настоящему времени из горячего превратилось в крайне холодное. Вещество же, будучи в первое время после разделения просто горячей смесью водорода и гелия, развивалось далее своим путем, постепенно теряя однородность и структурируясь, формируя звезды (ставшие источниками своего собственного света), планеты и т. д.

Возвращаясь к основной теме, скажу, что на место Теории Всего, обещающей примирить квантовую теорию с гравитацией, претендует ныне так называемая теория струн. «…Туман. Струна звенит в тумане…» Читатель, в попытках понять Вселенную физика все время возвращается к геометрии и музыке. «Физика есть геометрия», — говорил, вторя великому Платону, последний ученик Эйнштейна Джон Уилер. «В споре Платона и Демокрита о структуре материи был прав Платон», — написал в одном из своих эссе основатель квантовой механики Вернер Гейзенберг. О музыке сфер, звучащей во Вселенной, говорили Пифагор и его ученики.