Вселенная из ничего
Шрифт:
Однако была одна загвоздка. Когда Эйнштейн начал применять свою теорию к описанию Вселенной в целом, стало ясно, что теория не описывала Вселенную, в которой мы, несомненно, жили.
Теперь, почти сто лет спустя, трудно в полной мере оценить, насколько наша картина Вселенной изменилась в течение одной человеческой жизни. В 1917 году научное сообщество считало, что Вселенная была статичной и вечной, и состояла из одной галактики, Млечного Пути, в окружении огромного, бесконечного, темного и пустого космоса. В конце концов, это то, что вы бы предположили, глядя в ночное небо своими глазами или с помощью небольшого телескопа,
В теории Эйнштейна, как и до этого в теории тяготения Ньютона, гравитация представляет собой просто силу притяжения между всеми объектами. Это означает, что невозможно иметь в пространстве ряд масс, находящихся в покое постоянно. Их взаимное гравитационное притяжение, в конечном счете, приведет их к сжатию, что явно противоречит, казалось бы, статичной Вселенной.
Тот факт, что общая теория относительности Эйнштейна явно не согласовывалась с тогдашней картиной мироздания, был для него ударом, большим, чем вы можете себе представить, по причинам, которые позволяют мне обойтись без мифа об Эйнштейне и общей теории относительности, который мне всегда докучал. Принято считать, что Эйнштейн работал в изоляции, годами в закрытом помещении, используя ясную мысль и рассудок, и придумал свою красивую теорию независимо от реальности (вероятно, как некоторые струнные теоретики сегодня!). Тем не менее, ничто не может быть дальше от истины.
Эйнштейн всегда глубоко руководствовался экспериментами и наблюдениями. Проводя множество «мысленных экспериментов» в своем сознании и усиленно работая уже более десяти лет, он по ходу изучил новую математику и проработал много ложных теорий, прежде чем, в конечном счете, создал теорию, которая была действительно математически красивой. Однако самый важный момент становления его любви к общей теории относительности был связан с наблюдением. В течение последних лихорадочных недель, когда он заканчивал свою теорию, конкурируя с немецким математиком Давидом Гильбертом, он использовал свои уравнения для расчета предсказания того, что иначе, возможно, казалось бы малопонятным астрофизическим результатом: небольшой прецессии «перигелия» (точки наибольшего приближения) орбиты Меркурия вокруг Солнца.
Астрономы уже давно заметили, что орбита Меркурия немного отклоняется от предсказанной Ньютоном. Вместо идеального эллипса, повторяющего себя, орбита Меркурия испытывает прецессионное движение (что означает, что планета не возвращается точно в ту же точку после каждого оборота, но после каждого оборота ориентация эллипса немного смещается, вычерчивая, в конечном счете, своего рода спиралевидный узор) на невероятно маленькую величину: 43 угловых секунды (примерно 1 / 100 градуса) за столетие.
Когда Эйнштейн выполнил расчет орбиты, используя свою теорию относительности, получилось именно это число. Как сообщал биограф Эйнштейна, Абрахам Пайс: «Я полагаю, это открытие было, несомненно, самым сильным эмоциональным переживанием в научной жизни Эйнштейна, возможно, во всей его жизни». Он утверждал, что у него участилось сердцебиение, как будто «что-то щелкало» внутри. Месяц спустя, когда он описывал другу свою теорию как теорию «несравненной красоты», его удовлетворение математической формой было действительно очевидным, но ни о каком сердцебиении не сообщалось.
Очевидное несоответствие между общей теорией относительности и наблюдениями, относящимися к предполагаемой
Открытие, что Вселенная не статична, а расширяется, имеет глубокое философское и религиозное значение, так как это предполагает, что наша Вселенная имела начало. Начало подразумевает создание, а создание разжигает эмоции. Хотя потребовалось несколько десятилетий после открытия в 1929 году нашей расширяющейся Вселенной, чтобы понятие Большого Взрыва получило независимое эмпирическое подтверждение, Папа Пий XII возвестил о нем в 1951 году как о доказательствах в пользу «Книги Бытия». Как он выразился:
Похоже, современной науке одним взглядом через века удалось добыть свидетельство величественного момента начального Fiat Lux [Да будет свет], когда наряду с материей вырвалось из небытия море света и излучения, и элементы делились и перемешивались, и формировались в миллионы галактик. Таким образом, с конкретностью, характерной для физических доказательств, [наука] подтвердила вероятность непредсказуемого возникновения Вселенной, а также обоснованность вывода относительно эпохи, когда мир вышел из рук Творца. Следовательно, создание имело место. Мы говорим: «Следовательно, есть Творец. Следовательно, Бог существует!»
Вся история на самом деле немного более интересна. Фактически, первым человеком, который предложит Большой Взрыв, был бельгийский священник и физик Жорж Леметр. В Леметре сочетались различные профессиональные навыки. Он начал свои исследования в качестве инженера, имел награды как артиллерист в Первой мировой войне, а затем переключился на математику во время учебы на священника в начале 1920-х. Затем он перешел к космологии, изучая ее сначала со знаменитым британским астрофизиком сэром Артуром Стэнли Эддингтоном, прежде чем переехать в Г арвард, и, в конечном итоге, получил вторую докторскую степень в области физики в Массачусетском технологическом институте.
В 1927 году, перед получением второй докторской степени, Леметр фактически решил уравнения Эйнштейна для общей теории относительности и показал, что теория предсказывает нестатичную Вселенную, и фактически означает, что Вселенная, в которой мы живем, расширяется. Эта идея казалась настолько возмутительной, что сам Эйнштейн ярко возразил, заявив: «Ваша математика правильна, но ваша физика безобразна».
Тем не менее, Леметр двигался дальше, и в 1930 году также предположил, что наша расширяющаяся Вселенная на самом деле возникла как бесконечно малая точка, которую он назвал «первозданным атомом», и что ее происхождение представляло собой, с намеком, возможно, на «Книгу Бытия», «день без вчера».