Людмила Малёваная - Искатель. 2014. Выпуск №3
— Ничего себе вопросик! — улыбнулся Дюмон. — Если бы я мог на него ответить, мне смело можно было бы давать Нобелевскую премию! Но вкратце дело вот в чем.
Вы, конечно, знаете, что Большой Адронный Коллайдер (БАК) — это туннель длиной двадцать семь километров, вырытый на стометровой глубине. Разгоном протонов в нем управляют пятьдесят три сверхпроводниковых магнита, которые нас частенько подводили — то перегрев, то серьезная утечка жидкого гелия. Ведь для их нормальной работы необходима температура, близкая к абсолютному нулю, или минус двести семьдесят три по Цельсию. Само по себе достижение подобной температуры и глубины вакуума до уровня десять в минус тринадцатой степени миллибар, очень сложное мероприятие. Работая в этом направлении, мои коллеги из ЦЕРНа сделали несколько принципиальных научных открытий и запатентовали около десятка изобретений. Так что даже просто подготовка коллайдера к работе, сама по себе, привела к ощутимым научно-техническим открытиям. До последнего времени мы, скорее, «обкатывали» наше детище и работали на энергии от пятисот гигаэлектронвольт до трех с половиной тераэлектронвольт, хотя рассчитан коллайдер на работу в режиме семи тераэлектронвольт. То есть совокупная энергия столкновения двух встречных пучков достигнет невиданной доселе мощности в четырнадцать тераэлектронвольт! Чтобы было понятнее, проиллюстрирую. Пламя костра — это один электронвольт на молекулу, термоядерная реакция — один мегаэлектронвольт, или десять в шестой степени электронвольт, то есть в миллион раз мощнее. Энергия, которая передается коллайдером протонам, более чем в миллион раз выше, чем термоядерный синтез (четырнадцать на десять в двенадцатой степени электронвольт)! Но даже эти предварительные прогоны на низкой и средней мощности были достигнуты впервые в мире. Самый мощный до последнего времени протон-антипротонный коллайдер «Теватон» в США развивал мощность ускорения пучка частиц до одного тераэлектронвольта, и это был предел. С нашим же аппаратом мы заглянем намного глубже в строение материи, времени и пространства. Мы будем в состоянии смоделировать лабораторный мини Большой взрыв, с которого и началась Вселенная.
— Здесь я хотел бы остановиться и предоставить слово нашему коллеге, директору Бюроканской обсерватории профессору Ашоту Арутюняну. Его выдающиеся работы в области астрофизики и космогонии известны не только узким специалистам, но и любителям астрономии всего мира. Он доходчивее меня обрисует вам, что такое Вселенная, ее рождение, развитие и смерть. А потом мы вернемся к нашему коллайдеру.
Ашот повертел в руках очки, положил их перед собой на стол, окинул взглядом зал и заговорил:
— Спасибо, профессор. Меня еще мальчишкой просто притягивали вопросы устройства мироздания. Помню, я ночами не спал, все думал о том, что если у Вселенной есть начало, то не может же так быть, что до этого ничего не было! А если было, то что? Ломал я голову и над вопросами бесконечности. Как это понимать: БЕСКОНЕЧНО? Но, с другой стороны, если есть край мира, то — что за ним? Не мог я смириться и с мыслью о вечности. Все эти вопросы просто терзали мою голову и привели к тому, что я стал заниматься этим профессионально. То есть неизлечимо заболел космосом.
Теория Большого взрыва, или ТБВ, как его часто называют астрофизики, вкратце такова.
Последние измерения реликтового излучения, или излучения, возникшего в начальный период существования Вселенной, говорят о том, что она возникла тринадцать и семь десятых миллиардов лет назад из однородной и изотропной среды с колоссально высокими плотностью, энергией, температурой и давлением. Достаточно сказать, что в момент «Ноль» Большого взрыва ВСЯ материя Вселенной находилась в неизмеримо малой точке с температурой порядка десяти в тридцать второй степени градусов по Кельвину! Такая невообразимая температура и чудовищная плотность называются соответственно Планковскими температурой и плотностью[2]. После наступления момента «Ноль» события развивались с головокружительной скоростью. Уже через десять в минус сорок третьей степени секунд (так называемое Планковское время) гравитационное взаимодействие отделилось от других фундаментальных сил, и еще через почти неизмеримо малый отрезок времени (десять в минус тридцать пятой степени секунд от момента «Ноль») фазовый переход вызвал экспоненциальное расширение Вселенной, которое получило название Космической инфляции. Некоторые называют это Раздуванием Вселенной. Проходя через этапы кварк-глюоновой плазмы, нуклеосинтеза и других, вплоть до рекомбинации, Вселенная вплотную подошла к рубежу, когда началось образование собственно элементов вещества. Примерно через триста восемьдесят тысяч лет с момента взрыва материя стала прозрачной для излучения, которое, распространяясь повсеместно в пространстве, дошло до нас в виде реликтового излучения и помогло заглянуть в некоторые тайны возникновения мира.
Продолжающееся расширение Вселенной научно подтверждается эффектом Допплера[3], или «красным смещением», как его часто называют. Он заключается в том, что чем дальше от нас находится наблюдаемый объект (галактика или система галактик), тем сильнее в его спектре видимого диапазона проявляется красное смещение. Представьте себе, что вы стоите у железнодорожного переезда, к которому на большой скорости приближается поезд. Не доезжая нескольких десятков метров до переезда, машинист поезда дает непрерывный гудок на всякий случай. Пока поезд не поравнялся с вами, гудок будет высоким, звуковые волны как бы сжимаются и становятся короче. Но как только поезд проедет переезд и начнет удаляться, его гудок резко понизит тембр и будет звучать ниже — звуковые волны растягиваются и становятся длиннее. Принцип пружины.
Наша Вселенная имеет форму сильно сплюснутого мяча для регби с максимальным диаметром в сто пятьдесят шесть миллиардов световых лет. Это не ошибка! Согласен, зная время образования Вселенной — тринадцать и семь десятых миллиардов лет назад, можно было бы предположить, что свет от сингулярной гравитационной точки, с которой все и началось, удалился на тринадцать и семь десятых миллиардов световых лет в разные стороны. Это радиус; соответственно, диаметр в два раза больше — двадцать семь и четыре десятых. Нет! Ошибка! Дело в том, что расширяется не только материя, но, как уже говорилось, и пространство. И если Вселенная в возрасте миллиона лет была в тысячу раз меньше, то и световой год был в тысячу раз меньше.
Расстояние до внегалактических объектов рассчитывается по закону Хаббла[4]. Благодаря этим законам было найдено еще одно подтверждение и возраста Вселенной, и ее объема, и скорости разбегания галактик. Законы Хаббла говорят о том, что далекие галактики явно убегают от нас, и чем больше удаление, тем быстрее они это делают. Соотношение этих показателей и известно как постоянная Хаббла. Парадоксальное следствие открытия американского ученого таково, что галактики, удалившиеся от нас на критическое расстояние, будут убегать от нас быстрее, чем свет. Это расстояние называется горизонтом, по аналогии с горизонтом событий вокруг черной дыры[5]. Результаты серьезных исследований нескольких международных и национальных астрофизических центров говорят о том, что убегающие от нас за горизонт галактики не столько движутся сквозь пространство, сколько само пространство разрастается, увлекая их за собой. Эти же исследования принесли немало необычных результатов, на которых можно строить некоторые предположения относительно дальнейшего космического сценария. Эти наблюдения, например, показывают, что Вселенная снова стала раздуваться, то есть начинается второй инфляционный период. Если это так, то Млечный путь вместе с нашей солнечной системой включил форсаж и начал удаляться от других галактик с заметным ускорением. То же самое проделали и все галактики — игроки на космической шахматной доске, и в будущем может случиться так, что дальние галактики начнут для нас гаснуть одна за другой — разлет пространства достигнет сверхсветовых величий, и свет перестанет доходить до нас. Все галактические игроки окажутся за горизонтом событий.
