Страница:
Первая физическая модель расширяющейся Вселенной была построена бельгийским ученым, теологом по образованию, Жоржем Эдуардом Лемэтром (1894-1966) в 1927-1931 годах. Отталкиваясь от нестационарных решений космологических уравнений, Лемэтр предположил, что Вселенная сначала пребывала в сверхплотном и относительно компактном состоянии "космического яйца". Это состояние было неустойчивым, что и привело к Большому Взрыву его последствия мы видим в форме разлетающихся во все стороны осколков галактик. Эта грандиозная картина появилась как раз вовремя и сомкнулась с результатами наблюдений Хаббла*. Однако появления более последовательной физической модели пришлось ожидать еще несколько десятилетий. Только в 1946 году американский физик Георгий Антонович Гамов** (1904-1967) предложил так называемую модель горячей Вселенной, которая и легла в основу современной космологии.
* Из-за этого теория расширяющейся Вселенной иногда называется моделью Лемэтра, хотя приоритет Фридмана в предсказании нестационарной космологии в настоящее время никто не оспаривает. Надо иметь в виду, что именно Лемэтр первым дал впечатляющую физическую аналогию. Фридман, разработавший простые и удобные математические модели, ушел из жизни до появления основных Хаббловских результатов.
** Гамову принадлежит ряд фундаментальных разработок в области ядерной физики и астрономии. Он же предсказал очень важный результат в биологии триплетный генетический код.
В отличие от Лемэтра, считавшего, что в сверхплотном "космическом яйце" после Большого Взрыва должны были преобладать ядра тяжелых элементов, Гамов развил концепцию ядерной эволюции - от легчайшего водорода к гелию и более тяжелым элементам. Такая точка зрения гораздо лучше согласовывалась с наблюдаемым в космосе относительным обилием легких ядер. В ранние моменты после Первовзрыва вещество, согласно Гамову, имеет очень высокую температуру, так что сложные атомные ядра могут образовываться лишь на поздних этапах и в весьма специфических условиях.
Важнейшим следствием модели Гамова стало предсказание так называемого реликтового излучения. Идея сводилась примерно к следующему - в очень ранней Вселенной основную роль играл горячий газ световых квантов фотонов, активно взаимодействующих с веществом. По мере расширения Вселенной температура падала и, когда равновесие между веществом и излучением нарушилось, фотонный газ стал охлаждаться как относительно самостоятельная система. Фотоны как бы краснели, и их характерная частота уменьшалась, сдвигаясь к левому краю спектра. К нашей эпохе этот газ должен был охладиться до нескольких градусов по шкале Кельвина. Реликтовым это излучение было названо потому, что оно представляет собой сохранившийся след очень ранней стадии формирования Вселенной. Подобно тому, как, принимая свет звезд, расположенных в миллионах и миллиардах световых лет, мы получаем информацию о процессах, происходивших миллионы и миллиарды лет назад, соответственно, регистрируя реликтовый сигнал, мы можем заглянуть в еще более раннее прошлое Вселенной.
Реликтовое излучение было обнаружено экспериментально английскими астрономами Пензиасом и Уилсоном, исследовавшими микроволновой фон (в диапазоне длин волн от сотых долей сантиметра до десятков сантиметров) на своем радиотелескопе в рамках программы спутниковой системы связи "Телестар".
Они наткнулись на мощные шумовые помехи, соответствующие температуре излучения порядка 3 К, и тщательный анализ аппаратуры показал, что шум с ней не связан и должен иметь внеземное происхождение.
Несколько раньше, в 1963 году, американский астроном Мартин Шмидт открыл самые далекие и, возможно, самые экзотические объекты Вселенной квазары*. Главная их наблюдательная особенность заключалась в огромном красном смещении, в несколько раз превышающем красные смещения самых удаленных галактик. Отсюда следовало, что квазары убегают с очень большими скоростями (близкими к скорости света) и находятся практически на предельно больших расстояниях, доступных наблюдению (до нескольких миллиардов парсеков). Таким образом, квазары оказались реликтом ранних эпох развития Вселенной и, в известном смысле, стали последним и самым тяжелым камнем преткновения для попыток сохранить более или менее стационарную картину. В течение нескольких лет после открытия выяснилось, что квазары обладают целым набором необычных свойств. Большинство из них весьма компактны и выглядят, как очень активные галактические ядра, занимая объем порядка Солнечной системы. Но при этом они излучают энергию не слабее больших галактик - светимость квазаров достигает 1038-1040 Вт, что в сотни раз превышает светимость Галактики. Естественно полагать, что излучение такой колоссальной мощности у сравнительно небольших объектов возможно лишь в той фазе, когда обычные галактики еще не сформировались или находились на какой-то ранней стадии формирования. Иными словами, на границе наблюдаемой Вселенной обнаружилось явление, которое свойственно довольно раннему снимку Вселенной, и это нагляднейшее подтверждение ее эволюции.
*Общепринятое сокращение от Quasistellar Radiosource - квазизвездный радиоисточник.
Крупнейшим достижением последних лет стало обнаружение огромных скрытых масс материи, скрытых в том смысле, что они пока недоступны обычным телескопическим наблюдениям.
Разумеется, идея о том, что во Вселенной могут существовать не только объекты, достаточно яркие для наших телескопов, отнюдь не нова. Фактически со времен открытия Урана и последовавшей затем Нептуновой истории астрономия вышла в своеобразный гравитационный диапазон, отыскивая небесные тела по их чисто гравитационному проявлению. Но вот при попытке оценить плотность массы в масштабе галактических скоплений и Вселенной в целом возник качественно новый уровень. Дело в том, что в соответствующих оценках мы долгое время были ограничены светящимися массами - именно по "плотности светимости" (средней светимости единицы объема пространства) обычно и оценивалась средняя плотность вещества. Однако группа эстонских астрономов под руководством Я. Э. Эйнасто и здесь - в предельно больших масштабах попыталась применить принципы гравитационной астрономии.
Исследователи из Тарту обратили внимание на то, что скорости отдельных галактик в скоплениях очень велики - тысячи километров в секунду, и, чтобы удержать столь быстрые компоненты, скопления должны обладать достаточно сильным полем тяготения, то есть массами порядка 1014-1015 М(. Но это на 1-2 порядка превышает суммарную массу светящихся галактик.
Было также установлено, что спутники больших галактик (типа Магеллановых Облаков - спутников нашей Галактики) движутся со скоростями, практически не зависящими от расстояния до центральной галактики - в очевидном противоречии с третьим законом Кеплера, согласно которому скорость спутника должна убывать с ростом расстояния до центра (v ( 1/vr). Это означало, что галактики-спутники находятся совсем в иной ситуации, чем, например, планеты в Солнечной системе - вещество галактической системы не сконцентрировано в центральном теле, а распределено по всему объему с плотностью, убывающей к краю (( ~ 1/r2). В такой среде аналог третьего закона Кеплера действительно вел бы к независящим от расстояния скоростям спутников
(центростремительное ускорение v2/r ~ GM/r2 ~ G(r3/r2 ~ const/r, т. е. v ~ const) или, что то же самое, к пропорциональности радиуса орбиты периоду обращения.
Эти факты и легли в основу представления о гигантских массах, полностью определяющих гравитационные проявления скоплений и отдельных галактик и в то же время слишком слабо светящихся, чтобы обнаружить их как обычное вещество. По-видимому, скрытые массы в среднем раз в 30 превышают массу всего светящегося вещества, то есть играют решающую роль не только в описании отдельных крупных структур, но и в оценке всего космологического процесса в целом.
Природу этих скрытых масс пытались объяснить многими гипотезами прежде всего, обилием темных выгоревших звезд типа черных карликов и черных дыр. Однако теперь, в связи с обнаружением массы нейтрино, более вероятной представляется именно нейтринная модель невидимой материи. Именно массивные реликтовые нейтрино способны конденсироваться в первичные облака - зародыши сверхскоплений, крупнейших структурных единиц Вселенной.
Вероятно, теперь следует считать, что каждая крупная галактика вместе со своими спутниками и скрытым веществом (так называемой короной) образует особую связанную систему - гипергалактику, а гипергалактики формируют скопление средним размером в несколько мегапарсеков, обладающее единой мощной короной.
Галактические скопления, в свою очередь, концентрируются в сверхскопления. И на этом иерархическом уровне, благодаря исследованиям группы Эйнасто и ряда других астрономов, открылось нечто неожиданное. Оказалось, что сверхскопления выглядят как своеобразная ячеистая структура - вроде пчелиных сот, сработанных несколько хаотично, или пористой, "пещеристой" ткани. Отдельные скопления выстраиваются в пересекающиеся цепочки, как бы формируют стенки ячеек толщиной в 3-4 Мпс, и, разумеется, самая высокая плотность достигается в узлах этой структуры. Размеры отдельной ячейки, которую теперь и называют сверхскоплением, порядка 100 Мпс, и внутри - вдали от стенок - она практически пуста. Надо полагать, что состав вещества в таких "внутриячейковых заповедниках" крайне близок к исходной водородно-гелиевой смеси, из которой некогда стали формироваться космические структуры.
На этом уровне иерархия космических структур, по-видимому, завершается - уже в масштабе 300 Мпс Вселенную можно с большой степенью точности считать однородной. И уже 1 Гигапарсек (1000 Мпс) - чисто космологический масштаб, в котором, по современным представлениям, можно пренебречь всеми эффектами структурности материи. Это следует считать экспериментально подтвержденным положением, ибо наличие следующего уровня структурной иерархии (в духе схемы Шарлье) привело бы к заметным изменениям в 3-градусном реликтовом излучении, изменениям, которые не наблюдаются.
Таковы в общих чертах этапы открытия современной космологической картины. На некоторых ее деталях мы подробно остановимся во II части книги. А теперь необходимо рассмотреть еще одну линию исследований, реально возникшую лишь во второй половине 20 века, но уже серьезно повлиявшую на наши взгляды.
ВОПЛОЩЕННАЯ МЕЧТА
История науки о Вселенной была бы не полна, не остановись мы на блестящем прорыве в космическое пространство, состоявшемся во второй половине 20 века. В идейном плане этот прорыв готовился давно, удивительно давно, и для нас, безусловно, интересны его истоки - все-таки приятно убедиться, что фантастика, некогда (и не так уж давно!) воспринимавшаяся как развлекательный вымысел, становится чем-то вполне реальным, свершенным, а потом - как бы само собой разумеющимся. Кроме того, появится прекрасная возможность еще раз, но под несколько иным углом зрения прокрутить ленту эволюции космических представлений.
Наши далекие предки довольно активно размышляли не только о строении неба, но и о небесных путешествиях. Подобно тому, как образ вещи склеивался в древнейших представлениях с операциями по ее изготовлению, образ той или иной области - земной или небесной - склеивался с "операцией путешествия", со средствами достижения интересующего и, разумеется, с целью такого достижения. В иные эпохи связь между землей и небом не воспринималась как нечто недоступное, скорее, это была естественная, пусть трудная, но вполне достижимая цель.
Это хорошо просматривается в картине небольшой Вселенной-капсулы, где светила карабкаются на небосвод по деревьям и тем же путем спускаются обратно. Особенно хорошо видна близость неба в австралийских мифах о Стране мертвых. Туда, в Небесный Мир (Манидьирангмад у племени гунвинггу), уходят духи умерших соплеменников, хотя варианты ухода несколько разнятся деталями. Например, у племен кулип и вотьо духи попадают на Майнабу ("Бесконечную реку", то есть Млечный Путь), духи племени вурадьери устремляются на небо по веревке. У других племен духи могли уходить на острова или просто на соседние территории. Иными словами, Страна мертвых не у всех аборигенов ассоциировалась с небом - небо выступало как одна из возможных областей, примерно эквивалентная областям земным в смысле таинственности и доступности.
Некоторые духи изгонялись с неба, и люди, в тело которых они возвращались, должны были снова оживать - возможно, таким образом аборигены интерпретировали явления типа глубокого обморока. Естественно также и распространенное убеждение, что колдуны, обладающие особой магической силой, могут в любое время посетить небесный мир. Всем этим я хотел бы подчеркнуть, что на определенном и, видимо, наиболее древнем из исторически зафиксированных уровней мировосприятия путешествия на небо не представлялись чем-то принципиально недоступным - ни по средствам (деревья, веревки, шесты), ни по расстоянию (того же порядка, что и до соседних земель).
По мере формирования собственно религиозных идей небо отодвигалось все дальше, и его доступность постепенно уменьшалась, однако многие элементы "космомагических программ" сохранялись на удивление долго. В большинстве ранних религиозных систем сохранялся тот или иной канал постоянной связи между небом и землей - им могли служить гора, дерево, священный камень, храм. В характерном трехчленном делении Вселенной на небесный, земной и подземный миры всегда как-то выделялось средство связи этих миров. Это обеспечивало спуск богам и подъем людям или их душам.
Разумеется, небо, поддерживаемое 4-8 особыми столбами или великанами (вроде древнегреческого Атланта или хурритского Упеллури), не казалось таким уж недоступным. Так, по горной тропе поднялся на небосвод один из героев "Махабхараты" Юдхиштхира. В китайской поэме 4 века до н. э. "Тянь Вэнь" небо-тент крепилось веревками, веревочные крепления неба встречались и в вавилонских мифах. В древнеегипетских текстах есть варианты космического путешествия по лестнице, причем данное представление было развито весьма глубоко: небольшие лестницы - по сути, символы лестниц вкладывались даже между бинтами мумий, дабы души мертвых не испытывали транспортных трудностей. В Библии описывается видение Иакова: "И увидел во сне: вот, лестница стоит на земле, и верх ее касается неба; и вот, Ангелы Божий восходят и нисходят по ней".
Глубокая связь религиозных ритуалов с небом, с близостью к богам - для живых и мертвых - находит свое выражение в курганах. Эти земляные насыпи, распространившиеся с 4-3 тысячелетий до н. э. в Европе и потом в Азии, были предназначены в основном для захоронений (индивидуальных, а чаще коллективных) и достигали иногда 25 метров в высоту и 100 метров в поперечнике. А вот огромные насыпи в Северной Америке, так называемые маунды, служили главным образом лишь основаниями для святилищ. Самый известный из них - ступенчатый маунд Кахокиа высотой 30 метров и основанием 350X210 метров явно служил целям приближения к небу.
Наконец, великие египетские и индейские пирамиды и месопотамские зиккураты тоже несли функцию - и притом одну из важнейших! - по облегчению небесного путешествия духов и упрощению молитвенного контакта жрецов. Фактически могильно-храмовые гиганты сочетали в себе календарно-астрономические функции с религиозно-космическими программами. Наивно полагать, что тем же Хеопсом двигало лишь царское тщеславие, фараон создавал вполне реальное, с его точки зрения, средство ухода к своему божественному отцу. В гигантских постройках были заложены образы горы и лестницы - последнее особенно хорошо видно в зиккуратах и в ступенчатом (кстати, более раннем) варианте пирамид. И в этом смысле их вполне можно считать ранним взлетом космического конструирования. Именно так смотрели на свою деятельность легендарные создатели библейской Вавилонской башни: "И сказали они: построим себе город и башню, высотою до небес, и сделаем себе имя, прежде, нежели рассеемся по лицу всей земли". Эти же идеи сквозь тысячелетия вошли в архитектуру храмов, в стремительный рывок ввысь куполов, колоколен и арок...
Иногда в качестве моста небо - земля использовалось какое-то временное явление, скажем, радуга, по которой любил путешествовать бог бантуязычных африканцев Ньямбе, которая служила дорогой к небу и в скандинавских мифах, или облако, упомянутое в библейской "Книге пророка Исайи": "Вот, Господь восседит на облаке легком и грядет в Египет".
Во многих случаях никаких особых транспортных средств воображению древних и не требовалось. Так, весьма загадочно происходит вознесение Христа в евангелиях Марка и Луки. Судя по "Деяниям апостолов", при большом стечении народа произошло следующее: "...Он поднялся в глазах их, и облако взяло Его из вида их". Аналогично, непонятным способом - его можно было бы ради наукообразия именовать "космической левитацией" - вознесся к небу герой японских мифов Эно Убасоко, чудотворец, с детских лет мечтавший "летать на пятицветном облаке за краем необъятного неба". Пожалуй, древнейшее упоминание о такого рода вознесении есть в "Царском списке" (21 век до н. э.), на который ориентируются историки Месопотамии! Там сказано просто и убедительно: "Этана, пастух, поднявшийся на небо, стал царем, 1500 лет правил".
Вероятно, под влиянием наблюдения ряда "огненных явлений" - падения метеоритов, прихода комет, извержения вулканов возникли идеи о каком-то автономном космическом транспорте. По одной из версий исчезновения знаменитого Кетцалькоатля, добрый бог-покровитель индейцев нахуа и ацтеков не отплыл в иные страны, а бросился в костер и в столбе огня вознесся на небо. Являлся в огненном столбе и библейский Яхве. Разумеется, эти идеи очень часто пронизывались естественной аналогией с земным транспортом. Так, герой "Махабхарат" Арджуна (кстати, брат удачливого скалолаза Юдхиштхиры) за несколько мгновений вознесся на колеснице, посланной богом-громовержцем Индрой, так высоко в небо, что не мог уже разглядеть ни Луны, ни Солнца. Между прочим, это путешествие имело вполне практическую цель - получить у Индры сверхоружие, некие огненосные стрелы, сюжетный ход немного в духе будущих космических боевиков... В 4-й Книге Царств из Библии приводится рассказ о пророке Илие и Елисее - "Когда они шли и дорогой разговаривали, вдруг явилась колесница огненная и кони огненные, и разлучили их обоих, и понесся Илия в вихре на небо".
Конечно, древние не могли не обратить внимания на птиц, свободно уходящих в неведомые выси. Так рождается миф о греческом герое Беллерофонте, победителе страшной Химеры, который возгордился своими подвигами и попытался вознестись к Олимпу на крылатом Пегасе. Видимо, божественному коню, отпрыску Горгоны Медузы, идея не понравилась - он сбросил седока, и тот от сильного удара впал в безумие. В общем, и в древних космических проектах не все и не всегда завершалось благополучно. В той же "Махабхарате" при восхождении по уже упоминавшейся горной тропе погибли четыре брата Юдхиштхиры (в том числе и Арджуна) - ему одному удалось дойти до цели. Образцом высокого трагизма великих проектов стал древнегреческий миф о Дедале и Икаре.
Вероятно, это первый пример создания специального устройства, которое мы воспринимаем как летательный аппарат. Великий афинский скульптор и архитектор Дедал, построив критскому царю Миносу знаменитый дворец Лабиринт, фактически оказался в положении заключенного и решил бежать с острова. Из перьев, скрепленных льняными нитями и воском, он изготовил крылья - себе и своему сыну Икару. Икар получил подробную инструкцию по безопасности полета, и они отправились в путь.
Начал тут отрок Икар веселиться отважным полетом,
От вожака отлетел, стремлением к небу влекомый,
Выше все правит свой путь.
Так описал начало дерзкой попытки мальчика Овидий в 8-й книге "Метаморфоз". По мере приближения к Солнцу воск стал таять, крылья рассыпались, и Икар рухнул в море, впоследствии названное Икарийским. Дедалу удалось долететь до Сицилии...
Во 2 веке греческий сатирик Лукиан Самосатский, которого обычно считают родоначальником космической фантастики, в своем "Правдивом повествовании" воспользовался, в общем-то, нехитрой идеей космического путешествия. Трирема, попытавшаяся выйти в Атлантику (за Геркулесовы Столбы), попадает в смерч, забрасывающий ее вверх на 3000 стадиев*. Но суть не в этом - важно, что после семидневного плавания по небу экипаж увидел "сияющий шарообразный остров" - Луну. Так состоялось межпланетное путешествие людей вполне в духе более поздней научной фантастики, особенно если учесть, что во дворце лунного царя герои обнаруживают удивительный оптико-акустический телескоп - особый колодец, покрытый большим зеркалом и позволяющий видеть и слышать все, что происходит на Земле, к тому же они успевают принять участие в грандиозной космической войне между Луной и Солнцем...
*1 стадий = 184,97 м, т. е. путешественники взлетали всего на 555 км. Воистину уютный мир рисует Лукиан... А от Луны до Солнца (судя по известному лукиановскому диалогу "Икароменипп, или Заоблачный полет") всего в 5 раз большее расстояние.
Дерзкая идея Лукиана долгое время - около 15 веков! - не находила прямых продолжателей. Естественные полеты в небо оказались в длительном и серьезном противоречии с церковно-аристотелевской картиной мироустройства, резко разделяющей околоземное и межпланетное пространство. Однако и в этот тяжкий для астрономии и космонавтики период происходила серьезная перестройка представлений. Практически все чины небесной христианской иерархии получили крылья. Забавно или нет, но носители непостижимо чудесных качеств - ангелы, архангелы и черти вынуждены были уподобиться птицам. Таковы просветленные и мечтательные ангелы в "Троице" Андрея Рублева, явившиеся к библейскому патриарху Аврааму как олицетворение троичности истинного бога и грядущей жертвы Христа. Таково крылатое небесное воинство, карающее грешников, в жутковатой фреске Луки Синьорелли "Гибель мира", созданной им в капелле Брицио Орвьетского собора.
Белокрылый конь Бурак уносит пророка Мухаммеда вместе с ангелом Джебраилем в исру - знаменитое ночное путешествие из Мекки в Иерусалим. Оттуда Джебраиль лично доставляет пророка на небо, непосредственно к престолу Аллаха, а заодно демонстрирует основателю ислама рай и ад. Этот мифический полет (так называемый мирадж) до сих пор отмечается как мусульманский праздник. Пожалуй, самое любопытное в исре и мирадже это фантастическая скорость - когда Мухаммед после всех приключений возвратился в Мекку, его постель не успела остыть, и даже вода не успела вылиться из опрокинутого кувшина.
Для высших небесных чинов характерный "космический транспорт" - облако или особое сияние. В сочетании этих элементов парят над верующими христианская троица (Отец, Сын и Святой Дух) и апостолы в рафаэлевском "Диспуте", одной из фресок Станцы делла Сеньятура (Зала подписи документов в Ватиканском дворце). В облаке, влекомом ангелами, возносится к парящему в вышине Господу богоматерь Мария на грандиозной семиметровой росписи главного алтаря церкви Сайта Мария деи Фрари, росписи, принадлежащей кисти Тициана. Аналогичный мотив - вознесения в облаке - виден и в "Триумфе Венеции" Паоло Веронезе, аллегорической картине в Зале Большого Совета венецианского Дворца Дожей.
Но дело не в примерах - их много. Важно, что именно в таком крылатооблачном оформлении "космический транспорт" представал в глазах широких масс верующих. Еще важнее - символический подтекст этого оформления, подтекст, с которым имела дело наиболее образованная часть средневекового общества и который бурно выплеснулся наружу в период Ренессанса. И крылья, и облака, и сияние - несколько разные, но тесно переплетенные символы святого духа, частицы запечатанной в человеке божественной души, способности к познавательному откровению, способности воспарить воображением, путешествуя во Вселенной и постигая ее тайны.
И вот, под влиянием новой социальной ситуации, новых идей в науке, технике и искусстве древнейшая мечта, как бы законсервированная в христианской образной системе, преображается. Божественная собственность на космические транспортные средства рушится вместе с хрустальными сферами, и проекты космических полетов входят в мир - уже как естественная возможность и потребность реального человека, а не исключительное право богов или духов. На волне идей Кузанца о равноправии звездных миров исподволь формируется и главная цель таких путешествий - поиск иных разумных существ, или - более общо - внеземных цивилизаций. Об этом писал и сам Кузанец в своем "Ученом незнании", писали и его последователи.
В 1610 году в "Разговоре со звездным вестником, недавно ниспосланным смертным Галилео Галилеем..." Иоганн Кеплер так выразил эти идеи: "Не могу удержаться от того, чтобы не высказать некие смелые догадки, отчасти навеянные твоими открытиями. Я не считаю более столь уж невероятной мысль о том, что не только на Луне, но даже и на Юпитере обитают живые существа, или, как забавно выразился недавно в обществе некий любитель науки, что те страны еще предстоит открыть. Стоит лишь кому-нибудь выучиться искусству летать, а недостатка в колонистах из нашего человеческого рода не будет".
Тот же Кеплер создает "Сон, или лунную астрономию", книгу с очень трудной судьбой, увидевшую свет только в 1634 году, благодаря усилиям его сына Людвига. Это очень небольшая и весьма оригинально написанная книга (примечания и приложения раз в 5 превосходят основной текст на 18 страницах) - своеобразная смесь сказочной фантастики с научной популяризацией. Во многом автобиографичный герой Кеплера Дуракот совершает путешествие на Луну с помощью некоего Демона, способного духовным усилием (как сейчас сказали бы - телекинетически!) перемещать людей в межпланетном пространстве. На самом деле этот Демон - обычная аллегория, под ним Кеплер подразумевает музу Уранию, покровительницу астрономии, то есть средство мысленно перенестись в лунный мир и оттуда на основе лучших достижений современной астрономии взглянуть на Вселенную - прием, характерный для многих последующих популяризаторов науки и фантастов.
* Из-за этого теория расширяющейся Вселенной иногда называется моделью Лемэтра, хотя приоритет Фридмана в предсказании нестационарной космологии в настоящее время никто не оспаривает. Надо иметь в виду, что именно Лемэтр первым дал впечатляющую физическую аналогию. Фридман, разработавший простые и удобные математические модели, ушел из жизни до появления основных Хаббловских результатов.
** Гамову принадлежит ряд фундаментальных разработок в области ядерной физики и астрономии. Он же предсказал очень важный результат в биологии триплетный генетический код.
В отличие от Лемэтра, считавшего, что в сверхплотном "космическом яйце" после Большого Взрыва должны были преобладать ядра тяжелых элементов, Гамов развил концепцию ядерной эволюции - от легчайшего водорода к гелию и более тяжелым элементам. Такая точка зрения гораздо лучше согласовывалась с наблюдаемым в космосе относительным обилием легких ядер. В ранние моменты после Первовзрыва вещество, согласно Гамову, имеет очень высокую температуру, так что сложные атомные ядра могут образовываться лишь на поздних этапах и в весьма специфических условиях.
Важнейшим следствием модели Гамова стало предсказание так называемого реликтового излучения. Идея сводилась примерно к следующему - в очень ранней Вселенной основную роль играл горячий газ световых квантов фотонов, активно взаимодействующих с веществом. По мере расширения Вселенной температура падала и, когда равновесие между веществом и излучением нарушилось, фотонный газ стал охлаждаться как относительно самостоятельная система. Фотоны как бы краснели, и их характерная частота уменьшалась, сдвигаясь к левому краю спектра. К нашей эпохе этот газ должен был охладиться до нескольких градусов по шкале Кельвина. Реликтовым это излучение было названо потому, что оно представляет собой сохранившийся след очень ранней стадии формирования Вселенной. Подобно тому, как, принимая свет звезд, расположенных в миллионах и миллиардах световых лет, мы получаем информацию о процессах, происходивших миллионы и миллиарды лет назад, соответственно, регистрируя реликтовый сигнал, мы можем заглянуть в еще более раннее прошлое Вселенной.
Реликтовое излучение было обнаружено экспериментально английскими астрономами Пензиасом и Уилсоном, исследовавшими микроволновой фон (в диапазоне длин волн от сотых долей сантиметра до десятков сантиметров) на своем радиотелескопе в рамках программы спутниковой системы связи "Телестар".
Они наткнулись на мощные шумовые помехи, соответствующие температуре излучения порядка 3 К, и тщательный анализ аппаратуры показал, что шум с ней не связан и должен иметь внеземное происхождение.
Несколько раньше, в 1963 году, американский астроном Мартин Шмидт открыл самые далекие и, возможно, самые экзотические объекты Вселенной квазары*. Главная их наблюдательная особенность заключалась в огромном красном смещении, в несколько раз превышающем красные смещения самых удаленных галактик. Отсюда следовало, что квазары убегают с очень большими скоростями (близкими к скорости света) и находятся практически на предельно больших расстояниях, доступных наблюдению (до нескольких миллиардов парсеков). Таким образом, квазары оказались реликтом ранних эпох развития Вселенной и, в известном смысле, стали последним и самым тяжелым камнем преткновения для попыток сохранить более или менее стационарную картину. В течение нескольких лет после открытия выяснилось, что квазары обладают целым набором необычных свойств. Большинство из них весьма компактны и выглядят, как очень активные галактические ядра, занимая объем порядка Солнечной системы. Но при этом они излучают энергию не слабее больших галактик - светимость квазаров достигает 1038-1040 Вт, что в сотни раз превышает светимость Галактики. Естественно полагать, что излучение такой колоссальной мощности у сравнительно небольших объектов возможно лишь в той фазе, когда обычные галактики еще не сформировались или находились на какой-то ранней стадии формирования. Иными словами, на границе наблюдаемой Вселенной обнаружилось явление, которое свойственно довольно раннему снимку Вселенной, и это нагляднейшее подтверждение ее эволюции.
*Общепринятое сокращение от Quasistellar Radiosource - квазизвездный радиоисточник.
Крупнейшим достижением последних лет стало обнаружение огромных скрытых масс материи, скрытых в том смысле, что они пока недоступны обычным телескопическим наблюдениям.
Разумеется, идея о том, что во Вселенной могут существовать не только объекты, достаточно яркие для наших телескопов, отнюдь не нова. Фактически со времен открытия Урана и последовавшей затем Нептуновой истории астрономия вышла в своеобразный гравитационный диапазон, отыскивая небесные тела по их чисто гравитационному проявлению. Но вот при попытке оценить плотность массы в масштабе галактических скоплений и Вселенной в целом возник качественно новый уровень. Дело в том, что в соответствующих оценках мы долгое время были ограничены светящимися массами - именно по "плотности светимости" (средней светимости единицы объема пространства) обычно и оценивалась средняя плотность вещества. Однако группа эстонских астрономов под руководством Я. Э. Эйнасто и здесь - в предельно больших масштабах попыталась применить принципы гравитационной астрономии.
Исследователи из Тарту обратили внимание на то, что скорости отдельных галактик в скоплениях очень велики - тысячи километров в секунду, и, чтобы удержать столь быстрые компоненты, скопления должны обладать достаточно сильным полем тяготения, то есть массами порядка 1014-1015 М(. Но это на 1-2 порядка превышает суммарную массу светящихся галактик.
Было также установлено, что спутники больших галактик (типа Магеллановых Облаков - спутников нашей Галактики) движутся со скоростями, практически не зависящими от расстояния до центральной галактики - в очевидном противоречии с третьим законом Кеплера, согласно которому скорость спутника должна убывать с ростом расстояния до центра (v ( 1/vr). Это означало, что галактики-спутники находятся совсем в иной ситуации, чем, например, планеты в Солнечной системе - вещество галактической системы не сконцентрировано в центральном теле, а распределено по всему объему с плотностью, убывающей к краю (( ~ 1/r2). В такой среде аналог третьего закона Кеплера действительно вел бы к независящим от расстояния скоростям спутников
(центростремительное ускорение v2/r ~ GM/r2 ~ G(r3/r2 ~ const/r, т. е. v ~ const) или, что то же самое, к пропорциональности радиуса орбиты периоду обращения.
Эти факты и легли в основу представления о гигантских массах, полностью определяющих гравитационные проявления скоплений и отдельных галактик и в то же время слишком слабо светящихся, чтобы обнаружить их как обычное вещество. По-видимому, скрытые массы в среднем раз в 30 превышают массу всего светящегося вещества, то есть играют решающую роль не только в описании отдельных крупных структур, но и в оценке всего космологического процесса в целом.
Природу этих скрытых масс пытались объяснить многими гипотезами прежде всего, обилием темных выгоревших звезд типа черных карликов и черных дыр. Однако теперь, в связи с обнаружением массы нейтрино, более вероятной представляется именно нейтринная модель невидимой материи. Именно массивные реликтовые нейтрино способны конденсироваться в первичные облака - зародыши сверхскоплений, крупнейших структурных единиц Вселенной.
Вероятно, теперь следует считать, что каждая крупная галактика вместе со своими спутниками и скрытым веществом (так называемой короной) образует особую связанную систему - гипергалактику, а гипергалактики формируют скопление средним размером в несколько мегапарсеков, обладающее единой мощной короной.
Галактические скопления, в свою очередь, концентрируются в сверхскопления. И на этом иерархическом уровне, благодаря исследованиям группы Эйнасто и ряда других астрономов, открылось нечто неожиданное. Оказалось, что сверхскопления выглядят как своеобразная ячеистая структура - вроде пчелиных сот, сработанных несколько хаотично, или пористой, "пещеристой" ткани. Отдельные скопления выстраиваются в пересекающиеся цепочки, как бы формируют стенки ячеек толщиной в 3-4 Мпс, и, разумеется, самая высокая плотность достигается в узлах этой структуры. Размеры отдельной ячейки, которую теперь и называют сверхскоплением, порядка 100 Мпс, и внутри - вдали от стенок - она практически пуста. Надо полагать, что состав вещества в таких "внутриячейковых заповедниках" крайне близок к исходной водородно-гелиевой смеси, из которой некогда стали формироваться космические структуры.
На этом уровне иерархия космических структур, по-видимому, завершается - уже в масштабе 300 Мпс Вселенную можно с большой степенью точности считать однородной. И уже 1 Гигапарсек (1000 Мпс) - чисто космологический масштаб, в котором, по современным представлениям, можно пренебречь всеми эффектами структурности материи. Это следует считать экспериментально подтвержденным положением, ибо наличие следующего уровня структурной иерархии (в духе схемы Шарлье) привело бы к заметным изменениям в 3-градусном реликтовом излучении, изменениям, которые не наблюдаются.
Таковы в общих чертах этапы открытия современной космологической картины. На некоторых ее деталях мы подробно остановимся во II части книги. А теперь необходимо рассмотреть еще одну линию исследований, реально возникшую лишь во второй половине 20 века, но уже серьезно повлиявшую на наши взгляды.
ВОПЛОЩЕННАЯ МЕЧТА
История науки о Вселенной была бы не полна, не остановись мы на блестящем прорыве в космическое пространство, состоявшемся во второй половине 20 века. В идейном плане этот прорыв готовился давно, удивительно давно, и для нас, безусловно, интересны его истоки - все-таки приятно убедиться, что фантастика, некогда (и не так уж давно!) воспринимавшаяся как развлекательный вымысел, становится чем-то вполне реальным, свершенным, а потом - как бы само собой разумеющимся. Кроме того, появится прекрасная возможность еще раз, но под несколько иным углом зрения прокрутить ленту эволюции космических представлений.
Наши далекие предки довольно активно размышляли не только о строении неба, но и о небесных путешествиях. Подобно тому, как образ вещи склеивался в древнейших представлениях с операциями по ее изготовлению, образ той или иной области - земной или небесной - склеивался с "операцией путешествия", со средствами достижения интересующего и, разумеется, с целью такого достижения. В иные эпохи связь между землей и небом не воспринималась как нечто недоступное, скорее, это была естественная, пусть трудная, но вполне достижимая цель.
Это хорошо просматривается в картине небольшой Вселенной-капсулы, где светила карабкаются на небосвод по деревьям и тем же путем спускаются обратно. Особенно хорошо видна близость неба в австралийских мифах о Стране мертвых. Туда, в Небесный Мир (Манидьирангмад у племени гунвинггу), уходят духи умерших соплеменников, хотя варианты ухода несколько разнятся деталями. Например, у племен кулип и вотьо духи попадают на Майнабу ("Бесконечную реку", то есть Млечный Путь), духи племени вурадьери устремляются на небо по веревке. У других племен духи могли уходить на острова или просто на соседние территории. Иными словами, Страна мертвых не у всех аборигенов ассоциировалась с небом - небо выступало как одна из возможных областей, примерно эквивалентная областям земным в смысле таинственности и доступности.
Некоторые духи изгонялись с неба, и люди, в тело которых они возвращались, должны были снова оживать - возможно, таким образом аборигены интерпретировали явления типа глубокого обморока. Естественно также и распространенное убеждение, что колдуны, обладающие особой магической силой, могут в любое время посетить небесный мир. Всем этим я хотел бы подчеркнуть, что на определенном и, видимо, наиболее древнем из исторически зафиксированных уровней мировосприятия путешествия на небо не представлялись чем-то принципиально недоступным - ни по средствам (деревья, веревки, шесты), ни по расстоянию (того же порядка, что и до соседних земель).
По мере формирования собственно религиозных идей небо отодвигалось все дальше, и его доступность постепенно уменьшалась, однако многие элементы "космомагических программ" сохранялись на удивление долго. В большинстве ранних религиозных систем сохранялся тот или иной канал постоянной связи между небом и землей - им могли служить гора, дерево, священный камень, храм. В характерном трехчленном делении Вселенной на небесный, земной и подземный миры всегда как-то выделялось средство связи этих миров. Это обеспечивало спуск богам и подъем людям или их душам.
Разумеется, небо, поддерживаемое 4-8 особыми столбами или великанами (вроде древнегреческого Атланта или хурритского Упеллури), не казалось таким уж недоступным. Так, по горной тропе поднялся на небосвод один из героев "Махабхараты" Юдхиштхира. В китайской поэме 4 века до н. э. "Тянь Вэнь" небо-тент крепилось веревками, веревочные крепления неба встречались и в вавилонских мифах. В древнеегипетских текстах есть варианты космического путешествия по лестнице, причем данное представление было развито весьма глубоко: небольшие лестницы - по сути, символы лестниц вкладывались даже между бинтами мумий, дабы души мертвых не испытывали транспортных трудностей. В Библии описывается видение Иакова: "И увидел во сне: вот, лестница стоит на земле, и верх ее касается неба; и вот, Ангелы Божий восходят и нисходят по ней".
Глубокая связь религиозных ритуалов с небом, с близостью к богам - для живых и мертвых - находит свое выражение в курганах. Эти земляные насыпи, распространившиеся с 4-3 тысячелетий до н. э. в Европе и потом в Азии, были предназначены в основном для захоронений (индивидуальных, а чаще коллективных) и достигали иногда 25 метров в высоту и 100 метров в поперечнике. А вот огромные насыпи в Северной Америке, так называемые маунды, служили главным образом лишь основаниями для святилищ. Самый известный из них - ступенчатый маунд Кахокиа высотой 30 метров и основанием 350X210 метров явно служил целям приближения к небу.
Наконец, великие египетские и индейские пирамиды и месопотамские зиккураты тоже несли функцию - и притом одну из важнейших! - по облегчению небесного путешествия духов и упрощению молитвенного контакта жрецов. Фактически могильно-храмовые гиганты сочетали в себе календарно-астрономические функции с религиозно-космическими программами. Наивно полагать, что тем же Хеопсом двигало лишь царское тщеславие, фараон создавал вполне реальное, с его точки зрения, средство ухода к своему божественному отцу. В гигантских постройках были заложены образы горы и лестницы - последнее особенно хорошо видно в зиккуратах и в ступенчатом (кстати, более раннем) варианте пирамид. И в этом смысле их вполне можно считать ранним взлетом космического конструирования. Именно так смотрели на свою деятельность легендарные создатели библейской Вавилонской башни: "И сказали они: построим себе город и башню, высотою до небес, и сделаем себе имя, прежде, нежели рассеемся по лицу всей земли". Эти же идеи сквозь тысячелетия вошли в архитектуру храмов, в стремительный рывок ввысь куполов, колоколен и арок...
Иногда в качестве моста небо - земля использовалось какое-то временное явление, скажем, радуга, по которой любил путешествовать бог бантуязычных африканцев Ньямбе, которая служила дорогой к небу и в скандинавских мифах, или облако, упомянутое в библейской "Книге пророка Исайи": "Вот, Господь восседит на облаке легком и грядет в Египет".
Во многих случаях никаких особых транспортных средств воображению древних и не требовалось. Так, весьма загадочно происходит вознесение Христа в евангелиях Марка и Луки. Судя по "Деяниям апостолов", при большом стечении народа произошло следующее: "...Он поднялся в глазах их, и облако взяло Его из вида их". Аналогично, непонятным способом - его можно было бы ради наукообразия именовать "космической левитацией" - вознесся к небу герой японских мифов Эно Убасоко, чудотворец, с детских лет мечтавший "летать на пятицветном облаке за краем необъятного неба". Пожалуй, древнейшее упоминание о такого рода вознесении есть в "Царском списке" (21 век до н. э.), на который ориентируются историки Месопотамии! Там сказано просто и убедительно: "Этана, пастух, поднявшийся на небо, стал царем, 1500 лет правил".
Вероятно, под влиянием наблюдения ряда "огненных явлений" - падения метеоритов, прихода комет, извержения вулканов возникли идеи о каком-то автономном космическом транспорте. По одной из версий исчезновения знаменитого Кетцалькоатля, добрый бог-покровитель индейцев нахуа и ацтеков не отплыл в иные страны, а бросился в костер и в столбе огня вознесся на небо. Являлся в огненном столбе и библейский Яхве. Разумеется, эти идеи очень часто пронизывались естественной аналогией с земным транспортом. Так, герой "Махабхарат" Арджуна (кстати, брат удачливого скалолаза Юдхиштхиры) за несколько мгновений вознесся на колеснице, посланной богом-громовержцем Индрой, так высоко в небо, что не мог уже разглядеть ни Луны, ни Солнца. Между прочим, это путешествие имело вполне практическую цель - получить у Индры сверхоружие, некие огненосные стрелы, сюжетный ход немного в духе будущих космических боевиков... В 4-й Книге Царств из Библии приводится рассказ о пророке Илие и Елисее - "Когда они шли и дорогой разговаривали, вдруг явилась колесница огненная и кони огненные, и разлучили их обоих, и понесся Илия в вихре на небо".
Конечно, древние не могли не обратить внимания на птиц, свободно уходящих в неведомые выси. Так рождается миф о греческом герое Беллерофонте, победителе страшной Химеры, который возгордился своими подвигами и попытался вознестись к Олимпу на крылатом Пегасе. Видимо, божественному коню, отпрыску Горгоны Медузы, идея не понравилась - он сбросил седока, и тот от сильного удара впал в безумие. В общем, и в древних космических проектах не все и не всегда завершалось благополучно. В той же "Махабхарате" при восхождении по уже упоминавшейся горной тропе погибли четыре брата Юдхиштхиры (в том числе и Арджуна) - ему одному удалось дойти до цели. Образцом высокого трагизма великих проектов стал древнегреческий миф о Дедале и Икаре.
Вероятно, это первый пример создания специального устройства, которое мы воспринимаем как летательный аппарат. Великий афинский скульптор и архитектор Дедал, построив критскому царю Миносу знаменитый дворец Лабиринт, фактически оказался в положении заключенного и решил бежать с острова. Из перьев, скрепленных льняными нитями и воском, он изготовил крылья - себе и своему сыну Икару. Икар получил подробную инструкцию по безопасности полета, и они отправились в путь.
Начал тут отрок Икар веселиться отважным полетом,
От вожака отлетел, стремлением к небу влекомый,
Выше все правит свой путь.
Так описал начало дерзкой попытки мальчика Овидий в 8-й книге "Метаморфоз". По мере приближения к Солнцу воск стал таять, крылья рассыпались, и Икар рухнул в море, впоследствии названное Икарийским. Дедалу удалось долететь до Сицилии...
Во 2 веке греческий сатирик Лукиан Самосатский, которого обычно считают родоначальником космической фантастики, в своем "Правдивом повествовании" воспользовался, в общем-то, нехитрой идеей космического путешествия. Трирема, попытавшаяся выйти в Атлантику (за Геркулесовы Столбы), попадает в смерч, забрасывающий ее вверх на 3000 стадиев*. Но суть не в этом - важно, что после семидневного плавания по небу экипаж увидел "сияющий шарообразный остров" - Луну. Так состоялось межпланетное путешествие людей вполне в духе более поздней научной фантастики, особенно если учесть, что во дворце лунного царя герои обнаруживают удивительный оптико-акустический телескоп - особый колодец, покрытый большим зеркалом и позволяющий видеть и слышать все, что происходит на Земле, к тому же они успевают принять участие в грандиозной космической войне между Луной и Солнцем...
*1 стадий = 184,97 м, т. е. путешественники взлетали всего на 555 км. Воистину уютный мир рисует Лукиан... А от Луны до Солнца (судя по известному лукиановскому диалогу "Икароменипп, или Заоблачный полет") всего в 5 раз большее расстояние.
Дерзкая идея Лукиана долгое время - около 15 веков! - не находила прямых продолжателей. Естественные полеты в небо оказались в длительном и серьезном противоречии с церковно-аристотелевской картиной мироустройства, резко разделяющей околоземное и межпланетное пространство. Однако и в этот тяжкий для астрономии и космонавтики период происходила серьезная перестройка представлений. Практически все чины небесной христианской иерархии получили крылья. Забавно или нет, но носители непостижимо чудесных качеств - ангелы, архангелы и черти вынуждены были уподобиться птицам. Таковы просветленные и мечтательные ангелы в "Троице" Андрея Рублева, явившиеся к библейскому патриарху Аврааму как олицетворение троичности истинного бога и грядущей жертвы Христа. Таково крылатое небесное воинство, карающее грешников, в жутковатой фреске Луки Синьорелли "Гибель мира", созданной им в капелле Брицио Орвьетского собора.
Белокрылый конь Бурак уносит пророка Мухаммеда вместе с ангелом Джебраилем в исру - знаменитое ночное путешествие из Мекки в Иерусалим. Оттуда Джебраиль лично доставляет пророка на небо, непосредственно к престолу Аллаха, а заодно демонстрирует основателю ислама рай и ад. Этот мифический полет (так называемый мирадж) до сих пор отмечается как мусульманский праздник. Пожалуй, самое любопытное в исре и мирадже это фантастическая скорость - когда Мухаммед после всех приключений возвратился в Мекку, его постель не успела остыть, и даже вода не успела вылиться из опрокинутого кувшина.
Для высших небесных чинов характерный "космический транспорт" - облако или особое сияние. В сочетании этих элементов парят над верующими христианская троица (Отец, Сын и Святой Дух) и апостолы в рафаэлевском "Диспуте", одной из фресок Станцы делла Сеньятура (Зала подписи документов в Ватиканском дворце). В облаке, влекомом ангелами, возносится к парящему в вышине Господу богоматерь Мария на грандиозной семиметровой росписи главного алтаря церкви Сайта Мария деи Фрари, росписи, принадлежащей кисти Тициана. Аналогичный мотив - вознесения в облаке - виден и в "Триумфе Венеции" Паоло Веронезе, аллегорической картине в Зале Большого Совета венецианского Дворца Дожей.
Но дело не в примерах - их много. Важно, что именно в таком крылатооблачном оформлении "космический транспорт" представал в глазах широких масс верующих. Еще важнее - символический подтекст этого оформления, подтекст, с которым имела дело наиболее образованная часть средневекового общества и который бурно выплеснулся наружу в период Ренессанса. И крылья, и облака, и сияние - несколько разные, но тесно переплетенные символы святого духа, частицы запечатанной в человеке божественной души, способности к познавательному откровению, способности воспарить воображением, путешествуя во Вселенной и постигая ее тайны.
И вот, под влиянием новой социальной ситуации, новых идей в науке, технике и искусстве древнейшая мечта, как бы законсервированная в христианской образной системе, преображается. Божественная собственность на космические транспортные средства рушится вместе с хрустальными сферами, и проекты космических полетов входят в мир - уже как естественная возможность и потребность реального человека, а не исключительное право богов или духов. На волне идей Кузанца о равноправии звездных миров исподволь формируется и главная цель таких путешествий - поиск иных разумных существ, или - более общо - внеземных цивилизаций. Об этом писал и сам Кузанец в своем "Ученом незнании", писали и его последователи.
В 1610 году в "Разговоре со звездным вестником, недавно ниспосланным смертным Галилео Галилеем..." Иоганн Кеплер так выразил эти идеи: "Не могу удержаться от того, чтобы не высказать некие смелые догадки, отчасти навеянные твоими открытиями. Я не считаю более столь уж невероятной мысль о том, что не только на Луне, но даже и на Юпитере обитают живые существа, или, как забавно выразился недавно в обществе некий любитель науки, что те страны еще предстоит открыть. Стоит лишь кому-нибудь выучиться искусству летать, а недостатка в колонистах из нашего человеческого рода не будет".
Тот же Кеплер создает "Сон, или лунную астрономию", книгу с очень трудной судьбой, увидевшую свет только в 1634 году, благодаря усилиям его сына Людвига. Это очень небольшая и весьма оригинально написанная книга (примечания и приложения раз в 5 превосходят основной текст на 18 страницах) - своеобразная смесь сказочной фантастики с научной популяризацией. Во многом автобиографичный герой Кеплера Дуракот совершает путешествие на Луну с помощью некоего Демона, способного духовным усилием (как сейчас сказали бы - телекинетически!) перемещать людей в межпланетном пространстве. На самом деле этот Демон - обычная аллегория, под ним Кеплер подразумевает музу Уранию, покровительницу астрономии, то есть средство мысленно перенестись в лунный мир и оттуда на основе лучших достижений современной астрономии взглянуть на Вселенную - прием, характерный для многих последующих популяризаторов науки и фантастов.