Глава 14. Вопросы на краю

Ночь 164. Тихие часы

На 164-й день полёта у Нур была необычная смена. Одному эксперименту на станции требовалась небольшая настройка посреди ночи экипажа, в то время, когда команды на Земле хотели, чтобы кто-то бодрствовал и наблюдал за ним. Томас и Аде должны были спать как обычно. Нур собиралась лечь пораньше, проснуться по будильнику, выполнить работу и несколько часов присматривать за экспериментом, а потом снова лечь спать. Земля тоже будет наблюдать, со своих экранов далеко внизу. По-настоящему одна она не будет, но на станции будет очень тихо.

Будильник зазвонил в условленное время. Она расстегнула спальный мешок, мягко оттолкнулась, выбираясь из маленькой каюты, и поплыла через полутёмный модуль. Ночью свет на станции приглушают. Вентиляторы гудели, как всегда, потому что в невесомости воздух сам не движется, и без вентиляторов выдыхаемый спящим человеком воздух мог бы скапливаться вокруг его лица. На пультах управления светились маленькие зелёные и синие огоньки. Где-то с щелчком включался и выключался насос.

Настройка заняла всего двадцать минут. Нур выполняла процедуру шаг за шагом по планшету, а Земля тихим голосом в гарнитуре подтверждала каждый шаг. Потом не оставалось ничего, кроме как смотреть на числа на экране и ждать. Она подплыла к большому иллюминатору. Станция была на ночной стороне Земли. Внизу планета была тёмным силуэтом с тонкими нитями огней там, где живут люди, и то здесь, то там — вспышками далёкой грозы. Вверху было больше звёзд, чем она могла сосчитать.

Вдоль края тёмной планеты лежало тонкое слабое свечение, чуть зеленоватое, протянувшееся над Землёй, как лента. Оно называется собственным свечением атмосферы. Высоко в атмосфере атомы и молекулы, получившие энергию от солнечного света днём, медленно отдают эту энергию в виде очень слабого света. С Земли его почти невозможно заметить. Со станции, тёмной ночью, оно очерчивает весь изгиб Земли. Нур видела его уже много раз, но оно всё равно заставляло её остановиться и смотреть. Потом станция понеслась дальше, и вскоре на краю планеты появилась яркая полоса рассвета, и ночь закончилась до следующего витка.

В тишине Нур думала о Сами, который, вероятно, именно в этот момент ехал по тёмной дороге. Люди, работающие по ночам, знают это чувство. Мир спит, работа спокойна, и мысли начинают уходить к большим вопросам. Днём Сами прислал сообщение как раз с таким вопросом. «Если Вселенная началась 13,8 миллиарда лет назад, — писал он, — где её край? И что было до того, как она началась?»

Это одни из самых древних вопросов, которые задавали люди, и одни из самых трудных. История этой ночи — о них. В этой истории открытых дверей больше, чем закрытых. Мы увидим, что могут сказать астрономы, и будем честны насчёт тех мест, где никто не знает.

Как далеко мы можем видеть?

Начнём с того, что мы можем видеть. Свет проходит около 300 тысяч километров в секунду, а Вселенной около 13,8 миллиарда лет. Поэтому естественно думать, что мы можем видеть только на 13,8 миллиарда световых лет во все стороны, ведь свет из более далёких мест ещё не успел до нас дойти. Эта мысль близка к истине, но упускает одну важную подробность: пока свет шёл, пространство растягивалось.

Представьте работницу, которая идёт по движущейся дорожке в аэропорту, только дорожка удлиняется, пока она идёт. Она идёт с постоянной скоростью, но к тому времени, как она доходит до конца, место, откуда она начала, остаётся позади гораздо дальше, чем то расстояние, которое она прошла. Свет из самых далёких мест ведёт себя немного похоже. Он шёл к нам почти 13,8 миллиарда лет, но за это время пространство между нами и его отправной точкой огромно растянулось.

Поэтому самые далёкие места, свет которых до нас дошёл, теперь находятся гораздо дальше, чем 13,8 миллиарда световых лет. По нынешним измерениям, край области, которую мы можем видеть, теперь находится примерно в 46 миллиардах световых лет во всех направлениях. Астрономы называют эту область наблюдаемой Вселенной — той частью Вселенной, из которой свет с самого начала успел до нас дойти. Самый древний свет, с которым мы познакомились в одну из прошлых ночей, приходит из мест совсем близко к этому краю.

Смотреть в сторону этого края — значит ещё и смотреть назад во времени. Чем дальше мы смотрим, тем раньше свет покинул свой источник. Самые далёкие галактики, которые нашли телескопы, видны такими, какими они были, когда Вселенной было всего несколько сотен миллионов лет. За ними — самый древний свет, высвободившийся примерно через 380 тысяч лет после начала. А дальше обычный свет нас не доведёт, потому что до того времени Вселенная была светящимся туманом, сквозь который свет не мог пройти. Так что наблюдаемая Вселенная — это не только пространство. Это ещё и длинная летопись истории, где самые молодые страницы ближе всего к нам, а самые старые — дальше всего.

Важно понимать, что это за край. Это не стена и не конец Вселенной. Это горизонт, как горизонт, который видишь в море. Стоя на берегу, вы видите воду только до определённой линии, но море там не кончается. Линия — лишь предел вашего взгляда. Точно так же край наблюдаемой Вселенной — это предел того, что мы можем видеть оттуда, где находимся. У существа в далёкой галактике была бы своя наблюдаемая Вселенная с центром в нём самом.

За горизонтом

Что лежит за нашим горизонтом? Почти наверняка — ещё Вселенная. Насколько мы можем судить, в самых больших масштабах Вселенная выглядит почти одинаково во всех направлениях и в любом месте: галактики, скопления галактик, огромные нити и пустые области космической паутины. Нет никаких признаков того, что Вселенная меняется или заканчивается сразу за тем, что мы можем видеть. Поэтому большинство астрономов ожидает, что за нашим горизонтом есть ещё галактики, очень похожие на те, что мы знаем.

Откуда астрономы знают, что Вселенная выглядит одинаково во всех направлениях? Они пересчитывают и наносят на карту галактики по всему небу и находят, что в самых больших масштабах они распределены везде похожим образом. Самый древний свет имеет почти в точности одинаковую температуру во всех направлениях, лишь с крошечными различиями. Если бы наша часть Вселенной была особенной, например находилась рядом с каким-то центром или краем, мы ожидали бы увидеть разницу между одной стороной неба и другой. Никакой такой большой разницы не нашли.

Но насколько больше? Здесь мы подходим к настоящему неизвестному. Вселенная может быть чрезвычайно большой, но всё же конечной. А может продолжаться без конца. Обе возможности согласуются с тем, что мы можем измерить сегодня. Измерения показывают, что в самых больших доступных нам масштабах пространство почти «плоское», то есть, по-видимому, не изгибается само на себя так, как поверхность мяча. Если оно и изгибается, то так плавно, что мы пока не можем заметить это в пределах нашего горизонта. Поэтому мы не знаем, конечна вся Вселенная или бесконечна, и, возможно, никогда не сможем узнать это наверняка.

В три часа ночи такая мысль может показаться странной. Но в ней есть и что-то спокойное. Бо́льшую часть человеческой истории люди не знали, что лежит за следующей горной грядой или на другом берегу океана. Они продолжали работать, строить и удивляться. Мы в похожем положении, только в гораздо большем масштабе. Наш горизонт шире любого горизонта, какой когда-либо знали люди, и всё же за ним есть ещё.

Стоит помнить и о том, что наблюдаемая Вселенная совсем не мала. В ней сотни миллиардов галактик, а может быть, и больше, и в каждой галактике могут быть сотни миллиардов звёзд. Внутри нашего горизонта больше, чем кто-либо когда-либо сможет подробно изучить. Неизвестное за ним не делает известное менее чудесным.

Идея, которая называется инфляцией

Теперь вернёмся к началу, к самым первым мгновениям. В прошлые ночи мы проследили историю от первых долей секунды через первые минуты до самого древнего света. Но есть несколько загадок о самом начале, которые основная картина горячего начала сама по себе не объясняет.

Одна загадка в том, что самый древний свет имеет почти в точности одинаковую температуру во всех направлениях. Однако свет с противоположных сторон неба приходит из областей, которые в основной картине никогда не успели бы обменяться теплом. Как же они стали такими похожими? Это немного похоже на то, как зайти в две разные комнаты в противоположных концах большого здания и обнаружить, что две чашки чая на столах имеют в точности одинаковую температуру, хотя никто не мог перенести тепло из одной комнаты в другую. Другая загадка — почему пространство такое почти плоское.

Около 1980 года учёные предложили идею, отвечающую на эти загадки. Она называется инфляцией. Согласно этой идее, в крошечное первое мгновение, гораздо меньше секунды, пространство росло чрезвычайно быстро, гораздо быстрее, чем росло с тех пор. Очень маленькая область, температура в которой уже успела выровняться, растянулась до огромного размера. Это объяснило бы, почему далёкие части неба так похожи, а ещё разгладило бы любой изгиб, сделав пространство с виду плоским, — так маленький участок огромного воздушного шара выглядит плоским.

Инфляция подсказывает и то, откуда взялась крошечная рябь в самом древнем свете. Согласно идее инфляции, чрезвычайно маленькие случайные колебания, меньше атомов, растянулись во время быстрого роста до огромных размеров. Эти растянутые колебания стали чуть более плотными и чуть более разреженными областями, которые позже выросли в галактики. Узор ряби, который спутники измерили в самом древнем свете, довольно хорошо согласуется с предсказаниями инфляции.

Так верна ли инфляция? Честный ответ: мы пока не знаем. Некоторые наблюдения с ней согласуются, и многие учёные считают её лучшей из идей, которые у нас есть. Но она не доказана. Существуют разные варианты этой идеи, а некоторые учёные предложили другие объяснения. Астрономы ищут в самом древнем свете определённые слабые узоры, которые могла оставить инфляция. Если их найдут, идея станет гораздо сильнее. Если нет, вопрос останется открытым. Пока инфляция — идея, у которой есть подкрепление, а не установленный факт.

До начала?

А как же вторая часть вопроса Сами: что было до начала? Здесь честная наука должна сказать очень ясно: мы не знаем. Как мы видели в одну из прошлых ночей, наши нынешние законы физики перестают работать, когда мы пытаемся описать самое первое мгновение. У нас нет проверенной теории, которая могла бы рассказать, что произошло в этот момент и было ли что-нибудь раньше.

Многие учёные надеются, что однажды с этим поможет новая теория. Сегодня у физики есть две очень успешные теории, которые работают в разных областях. Одна — теория тяготения Эйнштейна, описывающая звёзды, галактики и расширение пространства. Другая описывает мир очень малого — атомов и частиц внутри них. В самое первое мгновение вся Вселенная была одновременно чрезвычайно тяжёлой и чрезвычайно маленькой, поэтому понадобились бы обе теории сразу. Но полного и проверенного способа соединить их ещё никто не нашёл. Пока кто-нибудь его не найдёт, самое первое мгновение остаётся за пределами наших знаний.

Возможно даже, что у самого вопроса нет смысла. Задумайтесь над вопросом: «Что находится севернее самой северной точки Земли?» На поверхности Земли север — это направление, но если стоять на самой вершине планеты, любое направление ведёт на юг, и дальше на север идти некуда. Некоторые учёные думают, что само время, возможно, началось вместе со Вселенной. Если так, то спрашивать, что было «до» начала, — всё равно что спрашивать, что находится севернее самой северной точки. Это не новая мысль. Больше тысячи лет назад некоторые мыслители уже предполагали, что время, возможно, началось вместе с миром и не существовало само по себе до него.

Другие учёные исследовали идею о том, что наша Вселенная вышла из чего-то более раннего — возможно, из более ранней фазы или из большего целого. Некоторые варианты инфляции и других теорий предполагают, что может существовать множество вселенных, каждая со своим началом. Эти идеи интересны, а некоторые тщательно разработаны математически. Но пока нет ни одного наблюдения, которое показывало бы, что какая-либо из них верна. Это возможности для исследования, а не открытия.

Многим поначалу от этого не по себе. Мы любим истории, которые начинаются со слов «жили-были» и знают, что было до этого. Но в словах «мы пока не знаем» есть честность, которую стоит уважать. Каждая глава этой книги начиналась с того, что когда-то было неизвестно: расстояние до галактик, рост пространства, самый древний свет. На каждый из этих вопросов ответила терпеливая работа. Возможно, и на некоторые сегодняшние вопросы ответят — люди, которые сейчас ещё дети, или люди, которые ещё не родились.

Сообщение, написанное ночью

Числа на экране оставались спокойными. Эксперимент шёл хорошо. Незадолго до конца вахты Земля сообщила Нур, что она может снова ложиться спать. Она поблагодарила, в последний раз подплыла к иллюминатору и посмотрела на звёзды над тёмной Землёй.

Потом она написала Сами. «Сегодня ночью я не сплю в то же время, что и ты, — начала она. — На твой вопрос нет полного ответа. Мы можем видеть примерно на 46 миллиардов световых лет во все стороны, потому что пространство растягивалось, пока шёл свет. За этим, вероятно, есть ещё Вселенная, но никто не знает, сколько её. И никто не знает, что было до начала и было ли вообще какое-то „до“. Будь осторожен за рулём. Сегодня мы оба работаем в темноте».

Сами прочитал это через несколько минут, стоя у обочины пустой дороги. Он посмотрел вверх через лобовое стекло. «Значит, мы оба смотрим на одно и то же неизвестное, — ответил он. — Спокойной ночи, сестрёнка. Или доброе утро. Никогда не знаю, что у вас там наверху».

Когда вахта закончилась, Нур снова застегнулась в спальном мешке. На станции по-прежнему было тихо. Томас спал в своей каюте, Аде — в своей. Через несколько часов свет станет ярче, у остальных зазвонят будильники, и рабочий день начнётся снова. А пока она закрыла глаза с всё ещё открытыми вопросами и обнаружила, что её это не тревожит.

Если вы читаете это поздно, после долгой смены или долгого дня, возможно, и вы не спите, пока большинство людей спит. Ночью большие вопросы могут казаться тяжёлыми. Но они могут ощущаться и как компания. Под тем же небом люди тысячи лет спрашивают, где край и что было раньше. Сегодня ночью вы — один из них.

Распространённые заблуждения

Многие думают, что у Вселенной есть край, как стена в конце комнаты, а за стеной — пустое пространство или вообще ничего. Но ни одно наблюдение никогда не показало такого края. Край наблюдаемой Вселенной — это горизонт, предел нашего взгляда, а не конец Вселенной. Неизвестно ни одного места, где галактики кончаются и начинается стена. Насколько мы можем судить, края такого рода у Вселенной нет.

Многие также думают, что раз Вселенной около 13,8 миллиарда лет, то мы можем видеть только на 13,8 миллиарда световых лет. Это кажется логичным и было бы верно, если бы пространство не растягивалось. Но поскольку пространство растягивалось, пока шёл свет, места, откуда вышел самый далёкий свет, теперь гораздо дальше. Вот почему край наблюдаемой Вселенной теперь примерно в 46 миллиардах световых лет во всех направлениях, хотя никакой свет не был в пути дольше примерно 13,8 миллиарда лет.

Наконец, некоторые думают, что наука показала, будто существует множество вселенных. Возможно, вы встречали эту мысль в фильмах или статьях, иногда поданную так, будто это известный факт. На самом деле идеи о множестве вселенных — это возможности, вытекающие из некоторых теорий. Их не наблюдали, и сейчас нет свидетельств того, что другие вселенные существуют. Они остаются предположениями — интересными, но не доказанными. Следующая ночь — последняя ночь пребывания Нур на станции, и мы оглянемся на всю историю, от начала до вечернего неба над вашим собственным домом.