Всё, что движется. Прогулки по беспокойной Вселенной от космических орбит до квантовых полей - [121]

стали расширяться в равной мере. Но, во-вторых, скорость, с которой разбегаются друг от друга два достаточно удаленных персонажа в нашей клеточной расширяющейся вселенной – скажем, Петя и Яков, – может превысить (тамошнюю, «клеточную») скорость света. Ведь чем дальше друг от друга две точки, тем больше скорость, с которой растет расстояние между ними. В нашей реальной расширяющейся Вселенной такое тоже происходит, только мы никогда не узнаем, зовут ли кого-нибудь из «них» Яковом, потому что из-за быстрого удаления разрываются причинные связи между достаточно далекими областями пространства: обмен сигналами между ними оказывается невозможным. Может показаться, что я оперирую двойными стандартами: периодически вспоминаю, что максимальная скорость распространения любого сигнала – скорость света, но при этом спокойно заявляю, что П и Я разлетаются друг от друга быстрее, чем со скоростью света. Но в действительности никакие принципы не нарушаются: удаление друг от друга любых двух областей во Вселенной со сверхсветовой скоростью не является сигналом, и запретов на это нет. А вот из-за запрета на сверхсветовые сигналы наблюдаемая вселенная оказывается конечной. Петя не знает и принципиально не может знать, что находится «там далеко». Я назначил им неизменный темп расширения и подобрал такую скорость света, что все, в принципе доступное ему для наблюдений, – это вселенная от А до Я. Убедившись в расширении своей вселенной, Петя решил уравнения Фридмана и сделал вывод, что определенное время назад вся его вселенная от А до Я имела размер «микрона»; следуя не очень удачному совету, он стал называть этот момент Большим взрывом. И у нас Большой взрыв – момент времени, когда весь наблюдаемый сейчас мир был величиной с «яблоко»[143]. Что было и что стало с «чужими яблоками» – соседними областями размером с яблоко, которые тоже были плотными и горячими в момент Большого взрыва и тоже принялись расширяться, – мы не знаем, и шансов выяснить это из наблюдений нет, именно потому, что мы не можем получить никакой информации из-за пределов нашей наблюдаемой Вселенной.

Материя во Вселенной не собирается вместе, потому что продолжает разлетаться

Вооруженные знанием о расширении Вселенной и о законе этого расширения, мы теперь не удивляемся, почему вещество во Вселенной не стягивается в один комок: потому что с момента Большого взрыва оно находится в состоянии разбегания всех от всех. Правда, с важным уточнением: удаляется ли Солнце от центра Галактики? Земля от Солнца? Увеличивается ли радиус Земли? Увеличивается ли в объеме человек или камень? Нет, нет, нет и нет. В галактиках собраны звезды и газ, совместное притяжение которых уже одержало верх над разбеганием. Это же верно для скоплений галактик; галактике Андромеда ничто не запрещает лететь в сторону галактики Млечный Путь и со временем с ней столкнуться; тем более ничто не мешает системам, связанным химически, оставаться связанными. Разбегаются друг от друга части, не связанные гравитационно (а таких в наблюдаемой Вселенной имеется в избытке).

Правомерен и другой вопрос: к чему «в конце концов» приведет это разбегание? Сама возможность всерьез задаваться таким вопросом про Вселенную – впечатляющий показатель прогресса в понимании мира и законов движения в нем. За два столетия до уравнений Эйнштейна не меньше должны были впечатлять ответы на вопросы про поведение тел в Солнечной системе, начиная с триумфального предсказания Галлея о возвращении кометы. От кометы до Вселенной за двести лет развития картины мира![144] В каждом случае основное средство – это уравнения, которым подчиняется поведение, и «начальные условия», т. е. данные о состоянии в какой-либо момент времени, например «сейчас». Притягивающее вещество с неизбежностью замедляет расширение; вопрос в том, какая тенденция победит: случившееся разлетание или «съедающее» его замедление. Стянется ли все в один комок? Останется ли мир расширяющимся и поэтому практически пустым?

Уравнения Фридмана определяют темп расширения исходя из имеющихся энергии-движения-сил, распределенных по пространству: благодаря этим уравнениям характер и судьба расширения Вселенной связаны со средней плотностью энергии в ней. Если средняя плотность энергии больше некоторой определенной, то расширение со временем сменится сжатием. Итог – все-таки «один комок» (который получится безумно горячим). Такие модели мира называют замкнутыми; описываемый ими мир пространственно искривлен и интуитивно является «выпуклым»: сумма углов больших треугольников превышает 180°, как, например, это имеет место на глобусе. Если, наоборот, плотность энергии мала, то расширение никогда не прекратится; такие модели называют открытыми; сумма углов треугольника меньше 180°. В случае открытых моделей, правда, нельзя с уверенностью сказать, какую «форму» имеет «все» трехмерное пространство и бесконечно ли оно: это «всё» должно по необходимости распространяться за пределы наблюдаемой Вселенной, и поэтому утверждения о его глобальной структуре невозможно сопоставить с наблюдениями. Темп расширения такой вселенной в будущем будет убывать, приближаясь к некоторому постоянному значению. Промежуточная возможность – тоже «открытая» Вселенная, но при этом с плоским – т. е. неискривленным – пространством (но с искривленным пространством-временем!), где сумма углов каждого треугольника есть точно 180°, а ее дальнейшее расширение, хоть и никогда не остановится, будет происходить в темпе, постепенно приближающемся к нулю. Напрашивается грубая, но не полностью бессмысленная аналогия с одним из первых упражнений по исследованию движения тел в условиях гравитации – задачей Кеплера: при не слишком большой энергии движения в сравнении с энергией притяжения тело движется по замкнутым эллипсам, а при больших значениях энергии движения – по незамкнутым гиперболам, когда тело уходит прочь, постепенно замедляясь до некоторой ненулевой скорости; в граничном случае параболы движение все-таки незамкнутое, но «замирает» по мере удаления от притягивающего центра.