Книга Простая сложная Вселенная - Кристоф Гальфар

Теперь, когда вы привыкли к этой мысли, давайте быстренько подведем итог тому, с чем вы здесь столкнулись.

С самого начала путешествия вы в разное время побывали в микро– и мегамире. Проносясь по космическим царствам, вы выяснили, на что похожа крупномасштабная структура Вселенной и как она управляется общей теорией относительности. В микромире вы увидели, что квантовые законы природы отличаются от тех, к которым мы привыкли в повседневной жизни. Вплоть до этой части вы путешествовали по всему известному человечеству как теоретически, так и экспериментально. Вы познакомились с тем, чем является Вселенная независимо от масштаба, с точки зрения ученого начала двадцать первого века.

В этой части вы начали бегло касаться границ этих знаний. Вы увидели, что не только общая теория относительности и квантовая теория поля неохотно общаются друг с другом, но и квантовые законы, как представляется, не управляют нашей повседневной жизнью по причинам, которые могут завести некоторых так далеко, что повлекут за собой существование параллельных миров.

В седьмой части вы рассмотрите и более странные вещи.

Сейчас, однако, давайте продолжим упражнять свой ум и оставим микромир, чтобы вернуться к Эйнштейну. А как насчет его теории? Какие тайны можно обнаружить там?

И существуют ли они?

Являются ли они столь же вездесущими, как бесконечности, портящие квантовую теорию поля?

На оба последних вопроса ответ будет утвердительным.

Глава 4

Темная материя

Забудьте о котах, собаках и параллельных вселенных альтернативных реальностей.

Забудьте о квантовом мире.

Забудьте о мини-копии.

Сейчас вы в космосе в виде разума.

Вы увидели, что микромир наполнен тайнами, и намерены проверить, работает ли теория Эйнштейна везде или у нее тоже есть недостатки, даже не пытаясь превратить ее в квантовую теорию.

Так что вы в космосе. Земля позади вас, и вы летите вперед. Вы пролетаете мимо Луны, Солнца, соседних звезд.

Вплоть до этого места теория гравитации Эйнштейна работает превосходно. Звезды и планеты движутся так, как должны.

Вы направляетесь из Млечного Пути в межгалактическую среду, где и останавливаетесь.

Млечный Путь находится прямо под вами. Другие галактики светят на расстоянии. Огромные спирали из сотен миллиардов звезд, излучающие свет в непроглядно темной Вселенной.

Из того, что вы выяснили о гравитации, вы знаете, что, так же как у планет вокруг Солнца, скорость любой звезды в пределах галактики не может быть случайной. Звезды, летящие слишком быстро, неизбежно покинут безопасное убежище галактики, эти одинокие светила обречены на вечные странствия по гигантским просторам, отделяющим отдельные галактики друг от друга. Если бы звезды летели слишком медленно, то скатились бы вниз по склону пространства-времени, созданному всеми другими звездами, склону, который заставил бы их действительно двигаться в направлении ядра галактики, центрального утолщения, заполненного звездами, где они в конечном итоге проглатываются или разрушаются гигантской черной дырой, терпеливо дожидающейся своих жертв. Не имея нужной скорости, чтобы удержаться на стабильной орбите, звезда либо покидает свою галактику, либо обречена упасть, так же как мраморный шарик в миске либо скатывается на дно, либо вылетает из нее.

Помните, как закон всемирного тяготения Ньютона не сработал, когда гравитация оказалась слишком сильной? Вблизи Солнца его уравнения требуют корректировки с учетом вращения Меркурия. Эйнштейн обнаружил эти корректировки, чтобы совершить революцию в нашем видении пространства и времени. И теперь, спустя 100 лет, настала очередь Эйнштейна столкнуться с изменением масштаба. А как насчет действия теории гравитации Эйнштейна в отношении целых галактик? Работает ли его теория кривых пространства-времени, столкнувшись с сотнями миллиардов звезд вместо одной?

Именно это вы и собираетесь проверить.

Вы вынимаете секундомер и начинаете отсчет времени перемещения звезд по Млечному Пути. Одновременно подсчитать скорости 300 миллиардов звезд непросто, поэтому вы начинаете с окраин галактики, с конца одного из великолепных спиральных рукавов вдали от Стрельца А*, нашей собственной сверхмассивной черной дыры.

Вы засекаете десять секунд.

Звезда, за которой вы ведете наблюдение, пролетела 2500 километров. Неплохо.

Это соответствует в среднем скорости около 900 тысяч километров в час вокруг центра галактики. Совсем неплохо.

Соседние с ней звезды движутся практически так же быстро.

На самом деле любые две звезды, находящиеся на равном расстоянии от ядра нашей Галактики, имеют одинаковую скорость; самые медленные звезды расположены далеко от центра, в то время как самые быстрые, вроде звезды-спринтера S2, с которой вы столкнулись некоторое время назад, лежат глубоко внутри нее. И если вам интересно, сколько времени занимает полный оборот таких аутсайдеров вокруг Млечного Пути, ответ будет – около 250 миллионов земных лет. Долгое путешествие. Млечный Путь огромен. Солнце (а значит, и Земля), находясь немного ближе к центру, проходят путь вокруг Млечного Пути почти за 225 миллионов лет, период, называемый галактическим годом. Когда в последний раз Земля занимала то же положение в Галактике, что и сегодня, у динозавров оставалось еще 160 миллионов лет спокойной жизни… Если использовать такую терминологию, Большой взрыв произошел около 61 галактического года назад, и если мы начнем отсчет с сегодняшнего дня, то еще через 20 кругов Млечный Путь и Галактика Андромеды сблизятся настолько, что начнут сталкиваться. Кстати, Солнце взорвется несколько галактических месяцев спустя. Рассматриваемое таким образом, это событие вовсе не кажется таким отдаленным…

Прекрасно.

И на том спасибо.

Кажется, никаких проблем здесь с теорией Эйнштейна нет, за исключением…

За исключением того, что проблема есть.

Если быть откровенным, вы не первый, кто проверяет динамику вращения звезд вокруг Галактики. Их скорости известны уже довольно долгое время, с начала 30-х годов прошлого века, когда нидерландский астроном Ян Оорт измерил их.

Но Оорт зашел еще немного дальше.

Для начала он оценил количество материи, содержащейся внутри всего Млечного Пути. Затем проверил, совпадают ли наблюдаемые им скорости с ожидаемыми скоростями в отношении тех звезд, что не падают или не покидают галактику.

Они не совпали.

Не совпали вообще.

Находясь здесь, над Млечным Путем, вы можете проверить это самостоятельно.

Складывая массу каждой звезды с облаком пыли и всем видимым остальным, принадлежащим родной Галактике, вы придете к тому же загадочному выводу: здесь определенно недостаточно материи, чтобы удержать любую звезду от выкидывания из Галактики с учетом ее скорости.