«Выключите свет, пожалуйста», – так астроном Владимир Сурдин начинает свои лекции. В полумраке мы смотрим на мелькающие слайды и слушаем голос Владимира Георгиевича, который, как Оле-Лукойе, повествует истории Вселенной. Эту атмосферу невозможно передать, поэтому мы просто приведем некоторые тезисы из лекции в лектории «Живое слово».
Мы видим только 5%
Астрономы могут исследовать не всю Вселенную, а только ту часть, до которой дотянулись телескопы. Мы продвинулись достаточно далеко – на 1025 км.
Не так давно мое поколение астрономов было уверено, что Вселенная – это звезды, планеты и другие объекты, которые можно обнаружить с помощью телескопов. Оказалось, что это всего лишь 5% энергии в космосе.
27% составляет темная материя, которая ничего не излучает и не поглощает, но проявляет себя гравитацией. И 68% составляет темная энергия, которая проявляет себя фантастическим образом – антигравитацией. Мы не можем непосредственно наблюдать темную энергию и темную материю, но можем делать выводы об их существовании на основе данных о видимых объектах.
Звезды – это мизерная часть мира, но только они нам и могут что-то рассказать.
Мир разлетается
Современной космологии чуть больше 100 лет. Американский астроном Эдвин Хаббл, в честь которого назвали знаменитый космический телескоп, подтвердил существование других галактик и первым начал измерять межгалактические расстояния.
Галактики не статичны, они движутся! Такой вывод сделал Весто Слайфер, обнаруживший эффект Доплера в излучении галактик. Ученый рассчитал направление и скорость их движения. Оказалось, что большинство галактик от нас удаляется.
Хаббл, основываясь на этих данных, обнаружил прямо пропорциональную зависимость между расстоянием и скоростью. Чем дальше находятся галактики, тем быстрее они удаляются! Вот таким образом Вселенная расширяется.
Конечно, мы с вами не расширяемся, Земля не расширяется, Солнечная система не расширяется. Только те объекты, между которыми большое расстояние и слабое взаимное притяжение, разлетаются.
Кстати, соседние галактики от нас не улетают. Туманность Андромеды, наоборот, летит к нам.
Кому мировая слава, а кому – расстрел. Трагична судьба советского физика-теоретика Матвея Бронштейна. Он объяснил, почему красное смещение в излучении галактик – это действительно эффект Доплера, свидетельствующий о расширении Вселенной. Матвея Бронштейна по не известному до сих пор поводу арестовало НКВД в 1938 году. Его жене Лидии Чуковской – дочери Корнея Чуковского – сообщили об осуждении мужа на 10 лет без права переписки. Только через несколько лет она узнала, что Матвей Бронштейн был расстрелян. Страна потеряла выдающегося ученого, который также был наделен литературными талантами и написал несколько научно-художественных повестей. Его книги для детей, кстати, издаются и сейчас.
Эхо Большого взрыва
Если Вселенная была вечной, как раньше считалось, то ночное небо не было бы черным, оно было бы равномерно заполнено сиянием звезд. Этот парадокс Ольберса разрешается так: мир не вечен, свет от далеких звезд не успел до нас дойти, поэтому на их месте мы видим зияющую пустоту.
Вселенная возникла более 13 млрд лет назад. Глядя в небо, мы смотрим на прошлое мира. Насколько далеко в прошлое мы можем заглянуть?
В начале Вселенная была плотной и горячей, но с расширением она остывала. Спустя 400 тысяч лет после Большого взрыва мир остыл до 3000 градусов Кельвина. Протоны и электроны смогли соединиться и образовать атомы водорода. Это сделало пространство более свободным для распространения света, который излучала плазма.
В 1960-х годах инженеры Арно Пензиас и Вудро Вильсон построили рупорно-параболическую антенну для телекоммуникаций компании Bell и обнаружили странные шумовые помехи. Так они случайно открыли реликтовое излучение – тот самый свет, который во время Большого взрыва был ярким, а сегодня ослаб до уровня радиоволн. Это эхо Большого взрыва. Кстати, термин «реликтовое излучение» предложил советский астрофизик Иосиф Шкловский. Американцы предпочитают называть его «микроволновым».
Реликтовое излучение позволяет увидеть Вселенную не в момент ее возникновения, а в момент первичной рекомбинации водорода, то есть спустя 400 тысяч лет. Заглянуть глубже мы пока не можем. Возможно, через несколько сотен лет нам удастся улучшить нейтринные и гравитационно-волновые телескопы, которые сделают возможным увидеть Вселенную в момент ее зарождения.
Мы обязаны темной материи
Структура Вселенной визуально напоминает структуру мочалки: мы видим нитевидные галактики и пустоты (войды). Почему где-то густо, где-то пусто?
Карта реликтового излучения не дает ответа на этот вопрос. Температура Вселенной во всех направлениях около 2,7 градусов Кельвина, то есть минус 270 градусов по Цельсию. Разница температур во Вселенной не больше тысячной процента, и это не объясняет, почему вещество начало сгущаться.
Если сегодня две три вещества во Вселенной составляет темная энергия, то 400 тыс. лет после Большого взрыва доминировала темная материя. Мы не знаем никаких ее свойств, кроме гравитации. Очевидно, темная материя начала комковаться по Вселенной и притягивать обычное вещество. Таким образом, если бы не темная материя, не было бы ни звезд, ни планет, ни нас с вами.
Это загадочное вещество ни с чем не взаимодействует и беспрепятственно летает в вашей комнате и сквозь вас. В академгородке в Новосибирске мы занимаем разработкой детекторов темной материи. Если бы не 24 февраля, наш детектор уже отправился бы в Северную Италию, чтобы улавливать темную материю под горой, куда другие частицы не могут проникнуть.
Что же будет со Вселенной и с нами?
Вселенная расширяется с ускорением. В 2011 году за открытие этого феномена американский астрофизик Адам Рисс получил Нобелевскую премию.
Солнце поглотит Землю через 5 млрд лет. Если человечество доживет до этого момента, то, возможно, оно изобретет способ переселиться на другую, безопасную планету.
Ничто не заменит живого общения с популяризаторами науки! Приходите в лекторий «Живое слово»! Расписание лекций на сайте https://lectory69.ru/