Ричард Докинз - Магия реальности. Откуда мы знаем что является правдой
Что мне больше всего не нравится во всех этих мифах о происхождении мира — то, что они начинаются предположением о наличии некоего вида живого существа, которое имело место до сотворения вселенной, — Бумба либо Брахма либо Пан Гу, или Ункулукулу (создатель у племени зулусов), или Абасси (Нигерия), или Старик — в–Небе (племя коренных канадских индейцев Салиш). Не кажется ли вам, что сначала должна появиться некоторая Вселенная, чтобы обеспечить место, где этот созидательный дух может начать работу? Ни один из этих мифов не даёт объяснения, как возник сам (обычно мужского пола) творец Вселенной.
Таким образом, с ними мы продвинулись не очень далеко. Давайте обратимся к тому, что мы знаем из правдивых историй о происхождении Вселенной.
Как всё началось на самом деле?
Вы помните из главы 1, что учёные работают над созданием «модели», каким может быть реальный мир? Затем они проверяют каждую модель, используя её для прогнозирования того, что мы должны увидеть — или для измерения, которые мы должны иметь возможность сделать — если модель была правильной. В середине 20–го столетия существовало две конкурирующих модели происхождения Вселенной, названные теория стационарной Вселенной и теория Большого взрыва. Модель стационарной Вселенной была очень изящна, но, в конечном счёте, оказалась неправильной — то есть, предсказания, основанные на ней, оказались ложными. Согласно модели стационарной Вселенной, начала никогда не было: Вселенная всегда существовала практически в своём нынешнем виде. Теория Большого взрыва, с другой стороны, предполагала, что Вселенная образовалась в определённый момент времени в результате странного взрыва. Предсказания, сделанные на основе модели Большого взрыва, оказались верными, и поэтому в настоящее время она общепризнана большинством учёных.
Согласно современной версии теории Большого взрыва, вся видимая Вселенная образовалась примерно 13–14 миллиардов лет назад. Почему я уточняю «видимая»? Видимая Вселенная означает все, чему у нас есть вообще какие‑либо свидетельства. Вполне вероятно, что существуют другие вселенные, которые недоступны нашим органам восприятия и нашим инструментам. Некоторые учёные предполагают, возможно, фантастично, что может существовать «мультивселенная»: пузырящаяся 'пена' вселенных, из которых наша вселенная — только один 'пузырь'. Или может быть, наблюдаемая вселенная — вселенная, в которой мы живём, и единственная вселенная, для которой у нас есть прямые доказательства — является единственной существующей вселенной. В любом случае, в данной главе я ограничусь видимой вселенной. Наблюдаемая Вселенная, похоже, возникла в результате Большого Взрыва, и это знаменательное событие произошло чуть менее 14 миллиардов лет назад.
Некоторые учёные скажут вам, что само время началось в большом взрыве, и мы более не должны спрашивать, что произошло перед большим взрывом, как не должны спрашивать, что находится к северу от Северного полюса. Вы этого не понимаете? Я тоже нет. Но я понимаю своего рода доказательства того, что Большой взрыв произошёл, и когда. Вот о чем эта глава.
Прежде всего, я должен объяснить, что такое галактика. Мы уже видели, по аналогии с футбольным мячом в 6 главе, что звёзды отстоят друг от друга на невероятно огромные расстояния по сравнению с планетами, вращающимися вокруг нашего Солнца. Однако, будучи чрезвычайно рассредоточенными в пространстве, звёзды всё же на самом деле собраны вместе в группы; и эти группы называются галактиками. Вот изображение четырёх галактик:
Каждая галактика представлена в виде белой закрученной спирали, которая на самом деле состоит из миллиардов звёзд, а также облаков пыли и газа.
Наше Солнце является лишь одной из звёзд, входящих в состав определённой галактики — Млечного Пути. Она называется так потому что в тёмные ночи мы получаем прямое представление о её части. Мы рассматриваем её как таинственную полосу или белый путь через небо, который вы могли бы принять за длинное, тонкое облако, пока не поймёте, что это в действительности — и когда вы это поймёте, эта мысль должна оглушить вас немым благоговением. Поскольку мы находимся в галактике Млечный Путь, мы никогда не сможем увидеть её в полном блеске, но вышеизложенное представляет собой художественное, как будто взгляд со стороны, с обозначенным нашим собственным местонахождением хождением. Оно отмечено как «Солнце», потому что при таком масштабе не существует заметного расстояния между Солнцем и любой из его планет.
И вот здесь представлено фото (справа) — не рисунок художника, а реальная фотография, сделанная с помощью телескопа — сотен галактик, каждая из которых — огромное скопление миллиардов звёзд, как и наш Млечный Путь. Я не могу не поражаться каждый раз, когда смотрю на неё, ведь каждое из этих небольших пятен света — целая галактика, сопоставимая с Млечным Путём. Но это голый факт. Вселенная — наша видимая вселенная — это очень большое место.
Вот следующий важный момент. Можно измерить, насколько далека от нас каждая галактика. Как? Как, собственно говоря, мы узнаем, насколько далеко все во Вселенной? Для ближайших звёзд лучший метод использует нечто называемое «параллаксом». Поднесите палец к лицу и посмотрите на него с закрытым левым глазом. Теперь откройте левый глаз и закройте правый. Поочерёдно открывая глаза, вы заметите, что видимое положение пальца прыгает из стороны в сторону. Это происходит из‑за различия между точками зрения ваших двух глаз. Переместите палец ближе, и прыжки станут больше. Переместите палец дальше, и прыжки станут меньше. Все, что вам нужно знать, это как далеко друг от друга расположены ваши глаза, и вы можете вычислить расстояние от глаз до пальца по величине прыжков. Этот метод оценки расстояния называется параллакс.
Теперь, вместо того, чтобы смотреть на палец палец, посмотрите на звезды в ночном небе, переключаясь с глазу на глаз. Звезда не будет прыгать вообще. Она слишком далека. Чтобы заставить звезду 'прыгать' из стороны в сторону, ваши глаза должны быть в миллионах километров друг от друга! Как мы можем достичь того же эффекта, что и при переключении глаз, находящихся в миллионах километров друг от друга? Мы можем использовать тот факт, что орбита Земли вокруг Солнца имеет в диаметре 300 миллионов километров. Мы измеряем положение соседней звезды, на фоне других звёзд. Затем, спустя шесть месяцев, когда Земля находится в 300 миллионов километров, на противоположной стороне своей орбиты, мы измеряем видимое положение звезды снова. Если звезда довольно близка, её видимое положение будет 'прыгать'. По длине прыжка легко рассчитать, насколько далека эта звезда.
К сожалению, метод параллакса работает только для ближайших звёзд. Для отдалённых звёзд, и конечно, для других галактик, наши два чередующихся глаза должны были бы быть расположены намного далее друг от друга, чем 300 миллионов километров. Нам надо найти другой способ. Вы можете подумать, что это можно сделать путём измерения яркости свечения галактики: наверное, более далёкая галактика должна быть тусклее, чем более близкая? Беда в том, что две галактики действительно могут быть разной яркости. Это все равно, что оценивать, насколько далеко находится зажжённая свеча. Если одна свеча ярче другой, как вы узнаете, видите ли вы яркую свечу далеко, или тусклую рядом?
К счастью, астрономы имеют доказательства того, что существуют некоторые особые разновидности звёзд, которые они называют «стандартными свечами». Они понимают достаточно из того, что происходит в этих звёздах, дах, чтобы знать, насколько они ярки — не то, какими мы их видим, а их фактическую яркость, интенсивность света (или это могут быть рентгеновские лучи или другие виды излучения, которое мы можем измерить), прежде чем он начнёт своё долгое путешествие к нашим телескопам. Они также знают, как определить эти особые свечи; и таким образом, поскольку они могут найти, по крайней мере, одну из них в галактике, астрономы могут использовать её, с помощью общепринятых математических вычислений, чтобы оценить, насколько далека эта галактика.
Таким образом, у нас есть метод параллакса для измерения очень малых расстояний; и есть 'набор' различных видов стандартных свечей, которые мы можем использовать для того, чтобы измерить диапазон все больших и больших расстояний, протянувшийся даже к очень отдалённым галактикам.
Радуги и красное смещение
Хорошо. Итак, теперь мы знаем, что такое галактика и как узнать расстояние от неё до нас. Для следующего шага в наших рассуждениях мы должны воспользоваться световым спектром, который мы встретили в главе 7 о радуге. Однажды меня попросили поучаствовать в работе над главой книги, в которой учёным было предложено выделить наиболее важные изобретения человечества. Это было забавно, но я присоединился к авторам довольно поздно, и все очевидные изобретения были уже разобраны: колесо, печатный станок, телефон, компьютер и так далее. Поэтому я выбрал инструмент, который, я был уверен, никто другой не мог выбрать, и, конечно, очень важный, хотя не многие люди когда‑либо использовали его (и я должен признаться, что я никогда не пользовался им). Я выбрал спектроскоп.
