Тайны открытий XX века

Еще в начале XX века космическая иерархия была проста и бинарна; она включала лишь две структуры: нашу Солнечную систему и Млечный Путь, или Галактику, — огромную звездную систему. На рубеже XXI века астрономы открывают причудливые космические структуры.

В небесах царит свой удивительный порядок. Созвездия и туманности — лишь отдельные видимые нам элементы великих космических структур. Чем дальше астрономы заглядывают в глубины космоса, тем отчетливее распознают тайный строй Вселенной — удивительную геометрию ее пространства. На карту нанесены уже десятки тысяч галактик. Все они образуют «скопления», «суперскопления» и, наконец, космические «пузыри». Что за сила собрала воедино всю эту материю, вылепив из нее причудливый узор? Быть может, орнамент, испестривший просторы космоса, свивается в еще более сложные и пока неизвестные нам фигуры?

Лестница в небо

В 1610 году Галилео Галилей навел самодельный телескоп на небо и узрел нечто неожиданное, о чем не догадывались величайшие умы древности. Оказывается, Луна напоминала нашу планету; ее бороздили горы и «моря». Венера, как и Луна, меняла свою форму, принимая разные фазы, а значит, вращалась вокруг Солнца. На нашем дневном светиле темнели пятна, омрачая его прекрасный лик.

Возле же Юпитера неотступной стайкой держались четыре маленькие планеты, названные вскоре Галилеевыми лунами. С их открытием простота небесной геометрии нарушилась. Прежде все люди верили, что небесные тела, вычерчивая идеальные кривые, кружат возле Земли или, как считали редкие одиночки вроде Коперника, возле Солнца. В любом случае картина мироздания выглядела простой до совершенства. Теперь же планеты, скитаясь по небу, подобно монархам, заключали унии, лиги и альянсы, окружая себя челядью из лун. А сколько еще могло быть открыто подобных групп при наблюдении в новейшую «подзорную трубу»?

Однако настоящие неожиданности ждали впереди, когда астрономы выбрались за пределы Солнечной системы. Долгое время считалось, что звезды хаотично рассыпаны по небесной сфере. Лишь Иммануил Кант предположил, что белесая полоса, протянувшаяся по небосводу, — Млечный Путь — является огромным скоплением звезд, «системой мира, устроенной по законам, подобным тем, по которым устроен наш планетный мир». Тщательные наблюдения, проведенные в конце XVIII века Уильямом и Каролиной Гершелями, показали, что звезды расположены в строго определенном порядке. Их державу назвали «Галактикой».

Еще в начале XX века космическая иерархия была проста и бинарна: она включала лишь две структуры: нашу Солнечную систему и Млечный Путь — звездный диск, протянувшийся почти на 100 тысяч световых лет.

Впрочем, еще Уильям Гершель заметил на небосводе странные туманные пятна. Самое крупное из них — туманность Андромеды — было известно даже арабскому астроному X века ас-Суфи. В 1755 году немецкий философ Иммануил Кант предположил, что туманные пятнышки на небосводе — это обширные «звездные острова», такие же, как Млечный Путь.

Однако лишь в 1924 году американский астроном Эдвин Хаббл подтвердил эту догадку: он оценил, что расстояние до туманности Андромеды намного превышает размеры нашей Галактики. С этого времени стало ясно, что спиральные, эллиптические и иррегулярные туманности являются родными сестрами нашего Млечного Пути. Так, «второй этаж мироздания», прежде занятый одной лишь Галактикой, внезапно пополнился целой мириадой их.

Поначалу казалось, что они расположены в полном беспорядке. Однако Природа оказалась отменным архитектором. Чем дальше в глубь Космоса заглядывали телескопы, тем отчетливее было видно, что отдельные галактики образуют сообщества.

Так, рядом с Млечным Путем располагалась туманность Андромеды, а также еще десяток карликовых галактик, наподобие Магеллановых Облаков. Все они образовали так называемую Местную группу галактик. Последовали новые открытия. Мы словно оказались замурованы внутри целого ряда «матрешек». Едва нам удавалось осмотреть и исследовать очередную звездную систему, внутри которой была заключена Земля — крохотный шарик, затерянный на донышке безмерного сосуда, — как над нами вырисовывался очередной «горизонт». Растекшиеся по небу полоски звезд впадали друг в друга, образуя все более крупные звездные реки.

Наша Местная группа оказалась частью огромного скопления галактик, расположенного в созвездии Девы. По своей структуре это скопление немного напоминало Млечный Путь. Галактики внутри него были разбросаны, как звезды в Млечном Пути. По мере приближения к центру их плотность заметно росла. Впрочем, этого следовало ожидать, ведь галактики стягивало в единое целое сила гравитации. Судя по всему, Вселенная состояла из почти бесконечного множества шаровидных скоплений галактик, ведь по законам гравитации, шар — идеальная космическая форма. Однако опять последовало неожиданное открытие.

Великая космическая стена

В 1970-е годы американские астрономы Валери де Лаппа-Рен, Маргарет Геллер и Джон Хашра задались честолюбивой целью: изучить всю иерархию мироздания и понять, что скрывают отдаленные глубины Космоса. Для этого не надо было гадать на «звездной гуще» — следовало предельно точно нанести на карту десятки тысяч галактик.

Сперва Геллер и Хашра выбрали небольшой участок Космоса — фрагмент шириной 135° и высотой 6° (затем его расширили до размеров — 360 х 36°). Маргарет Геллер стала составлять каталог галактик, оказавшихся здесь, помечая их длину и ширину, а также расстояние до них.

Осенью 1986 года, когда в распоряжении ученых оказалось достаточно много собранных данных, Геллер заметила странный феномен. Все эти тысячи галактик образовали невероятную фигуру, напоминавшую… человека ростом в 500 миллионов световых лет. Джон Хашра отказывался в это верить, считая, что допущена ошибка в измерениях. Зато сторонники эзотерических учений заговорили о том, что все наше мироздание — «автопортрет» Господа Бога, увековечившего себя в своем Творении. Памятную фразу — «Я видела Бога!» — произнесла и Маргарет Геллер.

Однако вскоре астрономам стало понятно, что фигура человека была лишь частью грандиозного космического узора. Так, приглядываясь к морозной вязи, разрисовавшей стекло, или к облакам на небе, можно отыскать образы людей, но остальные части этой природной картины обычно не похожи на приглянувшийся портрет. Так же было со скоплениями галактик.

Вот только у звездного неба — в отличие от заиндевевшего окна или облачной чехарды — выявилась своя подлинная структура. Скопления галактик не были беспорядочно рассеяны в космической дали; они словно располагались на поверхности неких полых тел, занимавших все небо, — своего рода «мыльных пузырей». Внутри них царила абсолютная пустота.

Впору было сказать, что сам Господь Бог, уподобляясь ребенку, выдувает бессчетные галактики, как мыльные пузыри. Что ж, крохотные, живущие мгновение воздушные шарики — хорошая метафора, подчиняясь которой рассыплются в прах эти крохотные — по космическим меркам — планеты, галактики и звезды, все эти «пузыри Вселенной», живущие в ней один миг.

Из этих «пузырей» — своего рода «сверхгалактических гало» — складывался особый орнамент: гигантские системы звездных суперскоплений. Небо, напоминавшее древним мудрецам несколько сфер, расположенных одна над другой, скорее похоже на матрешку: ее части оказались вложены одна в другую.

Одна из самых крупных космических «матрешек» — «Великая Стена», открытая в 1989 году в небе Северного полушария. Эта «стена» из многих тысяч галактик, напоминающая постройку из мыльных пузырей, протянулась на 700 миллионов световых лет. Она содержит примерно 5 — 10 процентов всей материи Вселенной.

Впоследствии были обнаружены и другие крупные структуры, насчитывавшие тысячи и десятки тысяч галактик. Так, удалось выявить еще одну Великую стену длиной более миллиарда световых лет.

Появились два сценария зарождения подобных объектов. По гипотезе Джеймса Пиблса из Принстонского университета, вначале возникли небольшие галактики, а потом сила гравитации стянула их в огромные скопления. Лишь из-за ускоренного расширения Вселенной эти сверхскопления перестали расти. По модели советского физика Я.Б. Зельдовича, первыми сформировались крупные объекты протяженностью в миллионы световых лет, которые позднее распались на галактики.

«Мы можем увидеть теперь весь спектр космических феноменов, — говорит австралийский астроном Мэтью Коллес, — от громадных космических континентов — сверхскоплений галактик — до отдельных гор, высящихся посреди вселенского пейзажа — галактик».

Этот грандиозный пейзаж мироздания смущал. Как ни велики были галактики длиной в сотни тысяч световых лет, все они оказались лишь песчинками в этом узоре. Впору было чувствовать себя не просто «затерянными в Космосе», но потерянными в нем. Из «бесконечно малых точек», в которые превратились галактики, очерчивались бессчетные «мыльные пузыри» и рисовались тонкие длинные нити; из этих нитей свивались фигуры вроде «человечка Маргарет Геллер». Если представить себе правоту физиков, отстаивающих «теорию струн», то тончайшие нити лежат и в основе всего Микромира — их вибрации рождают все элементарные частицы, — и ими же — «великими космическими нитями, или струнами», — замыкается известный нам Макромир.

После открытия космических сверхструктур сразу возник вопрос: «Существуют ли они в самом деле? Или же нам кажется, что космическая материя принимает такую форму, как путнику, присевшему отдохнуть, может казаться, что облако над ним принимает форму «жирафа», «медведя», «яблока»? Чему подчиняются эти структуры? Фундаментальным законам природы или особенностям нашего зрения? Есть ли, на самом деле, эти «мыльные пузыри» и «нити» Вселенной или мы их выдумываем, прибегая к удобной аллюзии?»

Последующие наблюдения, сделанные, например, участниками проекта «Sloan Digital Sky Survey», подтвердили правоту Геллер и ее коллег. Космос, действительно, имеет причудливую структуру. В нем есть свои «мыльные пузыри», «человечки», «струны». Если прибегнуть к очень смелой аналогии, то у Космоса есть своя… клеточная структура, и суперскопления галактик очерчивают границы каждой клеточки.

Космос, хотя бы по своему строению, напоминает одно огромное — и все еще растущее — живое существо, в одной из клеток которого затерян атом под названием «Солнечная система». Этот атом нельзя представить себе в виде некоего «кусочка вещества». Нет, он порожден регулярными перемещениями — назовем их «вибрациями» — неких незримых объектов, имеющих конечную длину. Данные объекты так ничтожно малы, что наблюдатель, пребывающий за пределами нашей Вселенной, никогда не сумеет их разглядеть. Он может лишь постулировать, что атомы «звездных систем» состоят из крохотных, вибрирующих или, если хотите, блуждающих (по-гречески planetes) объектов — своего рода «субатомарных нитей».

«Что вверху, то внизу». Мнения средневековых мистиков часто подозрительно схожи с новейшими воззрениями астрономов. «Теория струн» отражается в переплетении вселенских «нитей». Клеточная структура живых организмов отражается в «клеточном» узоре, украсившем мироздание. Вселенная извергает из себя нескончаемую череду двойников, отражений, соответствий, умножая ужас и истину загадочным однообразием. Вселенная — это бесконечное повторение элементов; это сон, снящийся сновидцу, в котором сновидец обращается в призрак. Каждая альфа уже содержит омегу, и в каждом атоме погребена бесконечность. Макромир становится подобием Микромира, его увеличенным снимком. Два Космоса совпадают на положенных рядом фотографиях. Вечность воплощается в тварном ничтожестве.

Всех нас ожидает Аттрактор

Вселенная вовсе не напоминает некий застывший мир — карту галактик, приклеенную к небесной сфере. Нет, все здесь проникнуто движением.

Около четверти века назад было обнаружено, что группы галактик разлетаются совместно. Наш Млечный Путь вместе со скоплением галактик в созвездии Девы, вместе с суперскоплением галактик в созвездии Волосы Вероники, вместе с другими скоплениями космической материи мчится со скоростью 600 километров в секунду в сторону некоего неизвестного пока, но невероятно мощного источника гравитации. Уже первые расчеты показали, что суммарная масса этого объекта примерно такова, как у десяти тысяч крупных галактик, вместе взятых.

Половина всей нашей Вселенной затягивается в эту странную «воронку», где уже скопилось, наверное, столько материи, что невозможно себе даже представить. Пытаясь прибегнуть хоть к каким-то понятным аллюзиям, скажем, что так же неотвратимо материя в центре нашей Галактики соскальзывает в черную дыру.

Один из космических картографов, Алан Дресслер, назвал этот таинственный, влекущий к себе объект «Великим Аттрактором» (от англ. attraction — тяготение), «Великим Источником Притяжения». Однако разглядеть что-либо в той дали, куда все мы мчимся, пока не удалось.

О природе этого объекта много спорили. Предполагали даже, что это скопление материи, неизвестной пока науке. Согласно другой гипотезе, это — «космическая струна», невероятно массивный реликтовый объект, возникший в пору ранней молодости Вселенной — своего рода нитевидное искривление пространства-времени. Впрочем, дальнейшие наблюдения показали, что Великий Аттрактор является самым крупным скоплением галактик.

Расстояние от Млечного Пути до Великого Аттрактора составляет примерно 300 миллионов световых лет. Расположен Великий Источник Притяжения в небе Южного полушария. Он тянется от созвездий Павлина и Индейца до созвездия Парусов.

Другие галактики движутся в других направлениях. С точки зрения автомобилиста, в Космосе царит полный кавардак. Это приводит к частым столкновениям самих галактик и даже их скоплений.

Черные дыры, расположенные посреди галактик, могут сливаться при их столкновении. После такой сшибки черные дыры теряют до 40 процентов своей массы, излученной в виде гравитационных волн очень низкой частоты. Они пронизывают пространство, словно сейсмические волны — Землю. Возможно, в ближайшие годы удастся обнаружить эти волны, поскольку ставится ряд экспериментов по их поиску.

«Быть может, — отмечает Мартин Рис, — при столкновении галактик черные дыры иногда выбрасываются в межгалактическое пространство». В таком случае в темных далях, разделяющих галактики, могут сновать целые стаи незримых гравитационных монстров.

Симпатия, неподвластная времени

Как же возникли гигантские скопления галактик? Почему они выглядят так, а не иначе? Подобные вопросы неминуемо влекут за собой другие вопросы: «Как возник наш мир? Почему он таков, каким мы его видим?»

Согласно общепринятому мнению, наш мир родился около 14 миллиардов лет назад в пламени Большого Взрыва. Единственной силой, упорядочившей материю, была гравитация. Однако сила эта слаба, и пока она упорядочит материю, пройдет слишком много времени. Чем больше структура, тем дольше она будет формироваться.

Становление космоса могло протекать двояким образом: «сверху вниз» (top down), когда в «первородном супе» зародились, а потом разрослись структуры, наблюдаемые нами теперь, или же «снизу вверх» (bottom up) — по этому сценарию, газовые туманности сгущались в звезды, звезды стягивались в галактики, те образовывали скопления и наконец возникала космическая пена.

В последнее время подобные процессы удалось моделировать на компьютере. В первом случае все интересовавшие структуры — космическая «пена», суперскопления и скопления галактик, а также отдельные галактики — возникали, но это занимало очень много времени, тогда как старейшие галактики появились уже 13 миллиардов лет назад. Во втором случае образовались лишь галактики и их скопления, но никакой космической «пены», никакого «Великого Аттрактора» не было.

Зато, разумеется, не было недостатка в самых рискованных гипотезах, объяснявших влечение галактик друг к другу. Так, нобелевский лауреат по физике Ханнес Альфвен предположил, несмотря на скепсис коллег, что в Космосе существует еще одна сила, пока неизвестная нам. Возможно, гигантские космические структуры возникают благодаря плазменным токам — электрически заряженным и высокоэнергичным потокам газа — и созданным им магнитным полям.

Быть может, в мироздании есть и другие силы, о которых мы пока ничего не знаем? Возможно, галактики — это не просто скопление мертвой материи. Возможно, они, подобно животным, сами «сбиваются в стаи», испытывая друг к другу симпатию. Ведь никакие законы гравитации или магнетизма не заставляют муравьев строить себе общежитие — муравейник.

Бенуа Мандельброт — человек, придумавший термин «фрактал», — сравнил структуру Вселенной с перистым облаком. По его словам, весь мир организован по фрактальному принципу. Мироздание имеет «волокнистую» структуру, напоминая крону дерева или бронхи легких. Если это действительно так — а многое говорит в пользу этой гипотезы, — то сие будет иметь самые фатальные последствия для наших космологических спекуляций. Ведь они опираются в основном на формулы теории относительности. Однако те справедливы лишь для однородной Вселенной, в которой материя распределена сравнительно равномерно. Для фрактальной Вселенной они не действуют. Подводя итог, повторим: никто не знает, почему во Вселенной возникли громадные структуры и сколько времени ушло на их формирование.

Можно лишь отметить, как похож этот космический узор на «Мультивселенную» российского космолога Андрея Линде — множество не сообщающихся друг с другом Вселенных. Ведь ее тоже можно сравнить с мыльной пеной, усеянной множеством пузырьков: одни из них раздуваются, другие сдуваются — одни Вселенные рождаются, другие гибнут. Большой Взрыв, породивший наш мир, вовсе не является уникальным событием. Это — не первый и не последний Большой Взрыв, раздавшийся в Мультивселенной, но вся она, сотрясаемая бессчетным множеством взрывов, порождает все новые Вселенные, размножаясь таким образом.

Если уж мы позволили себе сравнить Вселенную с живым существом, то эти пузырьки, возникающие в Мультивселенной, напоминают… икринки: многие из них вскоре погибнут, и лишь некоторые разовьются в огромные, полные жизни организмы — новые Вселенные. Впрочем, подобное сравнение скорее достойно пера писателей-фантастов.

Однако не будем забывать, что Космос полон тайн, и, может быть, наша «обжитая» Вселенная обладает свойствами, которые нам трудно себе представить.