Стоит ли удивляться тому, что и в ХХ столетии за ответом человек обращался все туда же. И вот революционные сдвиги в человеческом сознании, которые, может быть, с наибольшей отчетливостью запечатлелись именно в работах Эйнштейна дали свои плоды и здесь.

В 1920-х годах американским астрономом Эдвином Хабблом (1889 – 1953) была обнаружена устойчивая, если не сказать жесткая, связь между расстоянием до окружающих нас галактик и скоростью их перемещения в пространстве. Хаббл работал в Маунт Вилсон (Калифорния, США) и занимался фотографированием спектров галактик. В его распоряжении находился телескоп диаметром 2, 5 м, который в то время был самым большим в мире. Им было обнаружено, что почти во всех изученных галактиках линии спектра находились не на своем месте. У многих они были смещены в сторону красного края спектра.

Собственно, красное смещение в спектрах галактик было обнаружено еще его соотечественником В. Слейфером (Ловелловская обсерватория, Флагстафф, шт. Аризона), именно он между 1914 и 1925 гг. проводил первые спектроскопические измерения лучевых скоростей внегалактических туманностей. В то время было еще неизвестно, что собой представляют странные туманные пятнышки, фиксируемые мощными телескопами, то ли действительно облака тумана, то ли скопления невообразимо далеких звезд. Не было уверенности и в том, насколько далеки эти с трудом различимые объекты, принадлежат ли они нашей Галактике или находятся за ее пределами.

Вопросом являлось также и то, движутся ли они по направлению к нам или от нас. Правда, предполагалось, что если в космосе нет никакого преимущественного направления, то примерно половина туманностей должна от нас удаляться, а другая – двигаться в нашу сторону. Однако в результате этих измерений было обнаружено, что почти во всех спектрах линии были смещены к красному концу, т е. имели большую длину волны (l), чем в лабораторных спектрах (l0). Это явление и было названо «красным смещением» Z = (l – l0)/l0. К началу двадцатых годов Слейфер измерил спектральный сдвиг и рассчитал скорости 41 туманности. Скорость удаления, исчисленная по величине красного смещения, распределялась в интервале от 300 до 1800 км/сек.

Известные законы физики (зависимость частоты звуковых и световых колебаний, воспринимаемых наблюдателем, от скорости движения наблюдателя и источника колебаний позволили легко и естественно увязать этот факт с движением галактик в мировом пространстве. При этом красное смещение свидетельствовало об их удалении от нас, синее – о сближении с нами.

Изменение воспринимаемой частоты колебаний, обусловленное движением источника или приемника волн либо и того и другого впервые было теоретически обосновано в 1842 г. К.Доплером (1803 – 1853) и, если так можно выразиться, «переоткрыто» в 1848 г. французским физиком А.И.Л.Физо)

Данный эффект особенно заметен в случае звуковых волн, примером чему может служить изменение воспринимаемой высоты тона гудка проходящего мимо поезда. За время t = t1 – t0 источник проходит расстояние vt. Если L – длина волны испускаемого звука, то число волн, укладывающихся в промежутке между источником и приемником, увеличивается на vt/L. Если частота звука fe, то за время t испускается fet волн. Но число frt волн, достигших приемника, меньше, чем испущено источником, на величину vt/L. Отсюда следует, что

fr = fe – v/L

Это соотношение справедливо и в том случае, когда приемник движется, а источник неподвижен. Если скорость v значительно меньше скорости звука c, то величину L можно заменить величиной c/fe, не совершив большой ошибки. Принимаемая частота оказывается ниже излучаемой, если источник и приемник удаляются друг от друга, и выше излучаемой, если они сближаются. Движение среды, в которой распространяются звуковые волны, например, ветер, дующий в направлении приемника или от него, также приводит к изменению регистрируемой приемником частоты.

Кстати, сам Доплер пытался связать открытый им эффект с окраской звезд. Звезды кажутся нам окрашенными только вследствие своего движения по отношению к нам. Быстро приближающиеся белые звезды посылают земному наблюдателю укороченные световые волны, которые вызывают зеленого, голубого или фиолетового цветов. Напротив, быстро удаляющиеся кажутся нам желтыми или красными. Однако идея эта была ошибочной. Во-первых, потому, что для подобных изменений цвета требовались неправдоподобно большие скорости. Во-вторых, по той причине, что изменяться должна длина всех волн, поэтому, несмотря на общий сдвиг всех частей спектра, глаз вообще не должен был бы заметить никакого изменения общей окраски. Ведь в этом случае либо инфракрасная часть спектра должна сдвигаться в красную, а фиолетовая в ультрафиолетовую, либо (при обратном движении) наоборот: ультрафиолетовая – в фиолетовую, а красная – в инфракрасную. Но как бы то ни было, именно этот эффект в конечном счете помог объяснить многое в устройстве и истории нашей Вселенной.

Именно непонятное поведение слейферовских туманностей и заинтересовало Хаббла. Им бы проделана огромная и вместе с тем ювелирная по своей точности работа по фотографированию странных объектов. И вот наступил день, когда на фотографии туманности Андромеды удалось разглядеть звезды. Это говорило о том, что туманности состоят из звезд, а неразличимы они просто потому, что находятся за пределами нашей Галактики на невообразимо далеком расстоянии от нашей собственной звездной системы. Это был прорыв в постижении космоса, границы вселенной сразу же расширились, оказалось, что она состоит из множества звездных островов, подобных нашему. В ознаменование сделанного открытия английский астроном Харлоу Шепли предложил переименовать внегалактические туманности в галактики.

В сущности всю свою жизнь Хаббл посвятил изучению галактик. Составленный им каталог насчитывал около тысячи объектов, результаты же измерений подтверждали выявленную еще Слейфером закономерность: их спектр обнаруживал красное смещение. Лишь вблизи нашей Галактики[33] было обнаружено несколько объектов с некоторым синим смещением. Но этого мало, величина красного смещения менялась от галактики к галактике во всех направлениях. Самые слабые туманности имели самый большой сдвиг, откуда следовало, что находящиеся на более далеко расстоянии звездные системы разлетаются с большими скоростями, чем находящиеся ближе.

Заслугой астронома стало выведение скрывающейся здесь закономерности. Для каждой галактики Хаббл рассчитал скорость, необходимую для того, чтобы вызвать наблюдаемую величину красного смещения; результаты расчетов показали, что есть галактики, которые удаляются и от нас, и друг от друга со скоростью, достигающей нескольких процентов от скорости света. Он также установил расстояния до некоторых ближайших галактик наблюдая их переменные звезды, а затем приступил к определению скоростей их движения. В 1929 году он опубликовал результаты своей работы. Они говорили о том, что галактики движутся тем быстрее, чем дальше они находятся. Этот факт стал известен как закон Хаббла:

z =Hr/c,

где z – величина красного смещения,

r – расстояние до наблюдаемого объекта,

c – скорость света.

Отсюда следует, что чем дальше расположена галактика, тем с большей радиальной скоростью она движется:

V = Hr.

Коэффициент пропорциональности (кстати, сам Хаббл обозначал его просто v/r) впоследствии в его честь получил название постоянной Хаббла – Н. Ее величина не зависит ни от направления на небесной сфере, ни от расстояния до галактик.

Первоначальное значение этого коэффициента было определено самим Хабблом и составило 535 км/с на 1 Мпс. По современным оценкам она составляет от 50 до 100 км/с на 1 Мпс. Порядок величины был установлен его учеником Алланом Сендиджем в 1958 году на основе новых данных, накопленных к этому времени[34]. Позднее, в 1974 – 1975 годах, в шести статьях, написанных совместно с Тамманном будет подведен итог этим расчетам.

Обратная этим значениям величина имеет размерность времени и равна:

tn = 1/H = 10 – 20 млрд. лет.

Кстати, расхождение между первоначальной оценкой самого Хаббла и значением, которое было получено его учеником, означало, что возраст Вселенной увеличивался примерно в 6 – 7 раз. Парадокс состоял в том, что первое значение приводило к возрасту Вселенной, который был значительно меньше принятого возраста Земли.

Считается, что закон Хаббла в настоящее время проверен для большого числа галактик, включая самые отдаленные и уже не подлежит сомнению. Вот как пишет об этом Я.Б.Зельдович, один из виднейших ученых нашего времени, который и сам сделал фундаментальный вклад в развитие представлений о Вселенной: «Теория «Большого взрыва» в настоящий момент не имеет сколько-нибудь заметных недостатков. Я бы даже сказал, что она столь же надежно установлена и верна, сколь верно то, что Земля вращается вокруг Солнца».[35]

Все это говорит о том, что наша Вселенная ограничена в своих размерах примерно десятью – от силы двадцатью миллиардами световых лет. Достоверно неизвестно, что может лежать за этими границами; некоторые астрономы считают, что даже эта огромная сфера, является лишь частицей некоторой другой гигантской вселенной…

Но полученные совокупными усилиями астрономов, астрофизиков, математиков результаты говорили и о другом – о том, что наш мир должен иметь начало во времени.

Ведь если сегодня галактики разбегаются от некоторого центра, то логично предположить, что вчера они были значительно ближе друг к другу. Отсюда, проследив вспять до конца весь их путь, можно прийти к заключению о том, что 10 – 20 миллиардов лет тому назад все вещество Вселенной было сконцентрировано всего в одной точке. Именно из этой точки и начался разбег будущих галактик, которым, впрочем, еще только предстояло зародиться из некоторого первовещества. Непосредственно же после момента времени t = 0 лишь начиналось образование химических элементов.

Впрочем, точка – это только некоторая условность, ведь под точкой мы обычно понимаем ничтожно малую часть пространства. Вообще говоря, абстракции точки, линии, плоскости, объема могут существовать только там, где есть развитая система представлений о пространстве в целом. Строго говоря, все эти абстракции и составляют собой структурные элементы целостного представления о нем. Точно так же обстоит дело и с временем: понятия настоящего, прошлого, будущего, отношения одновременности событий и их следования друг за другом могут существовать только там, где есть развитое представление о времени. Но дело в том, что в момент большого взрыва кладется начало не только формированию Вселенной, но и пространству и времени. Поэтому абсолютно бессмысленно спрашивать, что происходило до этого момента; такой вопрос был бы сродни вопросу о том, что северней северного полюса, или «центральней» самого центра Земли. Не будет преувеличением сказать, что все существовавшее до начала, существовало и существует всегда, а следовательно, будет существовать и после так называемого «конца времен». Точно так же не имеет никакого физического смысла вопрос о том, где это случилось: в известном смысле это случилось везде.

Если до большого взрыва и происходили какие-то события, то никакие мыслимые физические теории все равно не смогут связать их с нынешним состоянием Вселенной, поскольку за эти сакраментальным пределом полностью исчезает вся их предсказательная сила. Точно так же мы не в состоянии узнать, что происходило до большого взрыва по тем событиям, которые мы наблюдаем после него. Все это, как говорится «по определению», ибо, в неявном виде такие утверждения входят в состав «определения» всех этих – и любых других возможных теорий. Отсюда вопрос о том, что имело место до большого взрыва, носит уже не физический, но метафизический, другими словами, философский характер. Во всяком случае что бы там ни происходило, оно не оказало никакого влияния на нынешнее состояние Вселенной[36].

Итак, красное смещение и разбегание галактик породили учение о большом взрыве, который положил начало всему тому, что окружает нас. Избежать этого вывода можно было только введением радикально новых физических принципов, для которых не было никаких наблюдательных данных.

Правда, следует сказать, что модели наблюдаемой Вселенной (Фридмана – Эйнштейна), основанные на общей теории относительности, допускают решения двух типов. Согласно первому, расширение Вселенной будет продолжаться во времени неограниченно. Во втором – расширение замедляется и со временем переходит в противоположный процесс – в сжатие; красное смещение сменяется синим, сначала у близких галактик, затем у все более и более далеких. Возможно, что после достижения «сингулярности» снова начнется расширение. Иначе говоря, Вселенная оказывается пульсирующей. В этом варианте пространство конечно, хотя и безгранично (ибо за его пределы нельзя выйти), конечен объем Вселенной, конечно количество галактик и элементарных частиц в ней. Однако и в этом случае циклы расширения и сжатия не могли в прошлом продолжаться до бесконечности. Расчеты показывают, что в этом случае при каждом новом цикле Вселенная расширяется в несколько большей степени, чем в прошлый раз. Поэтому если смотреть в прошлое, то расширение становится все меньше и меньше. Словом, и мультицикловая модель дает лишь бесконечное будущее, но конечное прошлое.

Таким образом, этот вариант не спасает теорию от вывода о том, что вся Вселенная в прошлом была стянута в ничтожно малый объем чудовищной плотности. При этом при плотности свыше 1093 г/см3 уже вообще нельзя ставить вопрос о том, что было раньше, ибо при таких плотностях вещества обычные представления о пространстве и времени теряют всякий физический смысл[37].

Альтернативной теории большого взрыва явилась концепция стационарной Вселенной. Но разработанная в 1948 году модель стационарной Вселенной, которая не имела начала и всегда пребывала в одном и том же состоянии, как кажется, имела своим источником не столько физические факты, сколько одну только идеологию. Эта модель была подвергнута серьезному сомнению после подсчета галактик, излучающих радиоволны. Он показал, что в прошлом источников радиоволн было больше, чем сейчас, поэтому Вселенная оказывалась явно нестационарной. В 1965 году было открыто космическое радиоизлучение, соответствующее излучению абсолютно черного тела с температурой 2, 4 градуса по шкале Кельвина. Это так называемое реликтовое радиоизлучение указывало на то, что Вселенная некогда пребывала в сверхгорячем и сверхплотном состоянии. Словом, открытие подтверждало теорию большого взрыва.

Новые факты меняли многое, ибо теперь не только можно, но и нужно было говорить о рождении нашего мира. Эволюционизм вплотную соприкоснулся с концепцией сотворения Вселенной. Момент большого взрыва (t = 0) стал логической точкой их прямого соприкосновения. И, может быть, глубоко символичен тот факт, что сама идея большого взрыва была рождена астрофизиком, носившим сан католического аббата. Им бы профессор Лувенского университета в Бельгии Жорж Леметр (1894—1966), бельгийский астрофизик. Еще в 20-е годы он изучал астрофизику в Кембридже и Массасучетском технологическом институте, а затем сам стал преподавать астрономию. В последние годы своей жизни он занимал почетный в церковной иерархии пост Президента Ватиканской академии наук. Основываясь на фридмановской[38] модели расширяющейся Вселенной, Леметр и выдвинул идею большого взрыва первичного сгустка материи, сосредоточенной в нуль-пункте пространства-времени.

В 1927 году он разработал космогонические аспекты нестационарной «открытой» модели Вселенной. В противовес господствующим в то время гипотезам об образовании галактик из холодной рассеянной материи, основанным на ньютоновской механике, Леметр утверждал, что мир, по всей вероятности, произошел не из первичной туманности, а скорее всего, из своего рода первоатома, продукты распада которого и образуют все наблюдаемое нами сегодня.

Модель Леметра является конкретной и опирается на привычные представления, поэтому она наиболее распространена. При дальнейшей разработке данной концепции с учетом новых теоретических и эмпирических результатов было показано, что «первоатом» был чрезвычайно плотным и горячим. Что именно происходило в «первоатоме» до взрыва и в первый период его расширения, нам пока неизвестно, поэтому описать его состояние невозможно. В этот начальный момент времени плотность материи обязана быть бесконечно большой, а радиус кривизны пространства – бесконечно малым, а значит, бесконечно большой должна быть и кривизна. Иначе говоря, метрика пространства должна быть сингулярной, то есть свернутой, и в ее пределах уже не могут действовать обычные физические законы. К сингулярности неприменимы и обычные представления о времени. А значит, все известные нам законы физики не могут быть экстраполированы на начальный его момент, так как они сформулированы как законы поведения вещества и поля в пространстве и времени. Словом, в «нуль-пункте» существования Вселенной в этом «первоатоме» нет, очевидно, ни поля, ни вещества, ни пространства, ни времени в обычном их понимании.

Взорвавшись, первовещество начинает стремительно расширяться, плотность его – уменьшаться, а само оно – охлаждаться. На определенном этапе развития это должно служить причиной последовательного образования и взаимодействия адронов и лептонов, что влечет за собой значительный рост излучения. В результате при дальнейшем расширении, а следовательно, и охлаждении появияется возможность для образования атомов, для формирования вещества. На следующих этапах появляются звезды, скопления звезд и галактики.

Конечно, трудно сказать, какую именно роль при разработке теории сыграли религиозные воззрения астрофизика, во всяком случае утверждают, что, по его собственным словам, за письменным столом он – только естествоиспытатель. Вот что говорил Леметр в 1958 году на посвященном космологии 11-м Международном Сольвеевском конгрессе. «В той мере, в какой я могу судить, такая теория (имеется в виду теория большого взрыва. – Е.Е.) полностью остается в стороне от любых метафизических или религиозных вопросов. Она оставляет для материалиста свободу отрицать любое трансцендентное Бытие. В отношении начала пространства-времени материалист может оставаться при том же мнении, которого он мог придерживаться в случае неособенных областей пространства-времени»[39].

Но выводы из научных теорий говорили сами за себя, и вот уже ученые (Ико Ибен), осмысливая их, возвращаются к стихам книги Бытия: «Материя во Вселенной была некогда стиснута до невероятно высокой плотности при температуре свыше десяти миллиардов градусов. Тот факт, что при таких условиях большая часть энергии во Вселенной существовала в форме электромагнитного излучения (фотонов), придает новое значение фразе: «И сказал Бог: да будет свет!»[40]. Впрочем, в 1951 году прозвучал и голос самой церкви, как бы подытоживающий поиск научный поиск, папа Пий XII в своей речи заявил: «Итак, сотворение мира во времени – и поэтому есть Творец, а следовательно, есть Бог». Присутствие Бога обнаруживается за каждой дверью, открываемой наукой, утверждал понтфик.

Но если мир имел свое начало во времени, то уже нельзя было говорить о возможности бесконечного продвижения вспять по линии причин к гипотетическому первоначалу. Линия закономерности обрывалась, упираясь в некую таинственную точку сингулярности, где обязаны были прекратить свое действие все – без какого бы то ни было исключения – физические законы.

Разумеется, такой вывод радикально менял многое в сложившихся к тому времени научных представлениях о развитии природы. Выше уже было показано, что математическая вероятность самопроизвольного формирования сложных образований составляет столь ничтожную величину, что единственным аргументом в пользу возможности развития за счет случайной комбинаторики исходных элементов могла быть только бесконечность существования мира во времени. Бесконечность существования нашего мира во времени позволяла реализоваться любой вероятности. Но стоит только ограничить истекшее прошлое конечным сроком – и положение радикально меняется. При этом длительность срока, истекшего со времени начала мира и настоящим моментом, уже не имеет значения.

Самое же страшное заключалось в том, что в этом случае вся линия развития мира оказывалась чисто случайной; если окружающий нас мир и в самом деле развивался без вмешательства высшей надмирной силы, из всех накопленных человеком знаний испарялось все абсолютное и детерминированность явлений действием каких-то строгих причин и физических законов исчезала…

1. Анализ уравнений теории относительности и открытие «красного смещения» в спектрах галактик повлекли за собой радикальное изменение всех взглядов на происхождение и развитие нашего мира. Господствовавшее мнение о стационарной Вселенной, не имевшей начала во времени и простиравшейся во всех направлениях в бесконечность, сменилось теорией большого взрыва, утверждавшей, что Вселенная имеет начало во времени и конечна в пространстве.

2. Обнаружение того факта, что Вселенная имеет начало во времени, окончательно разрушало убеждение в том, что последовательное развитие «от простого к сложному» может происходить в результате механического накопления случайных комбинаций исходных элементов вещества. Единственным гарантом состоятельности вероятностных статистических законов служила бесконечность времени, истекшего прежде того, как сложились существующие сегодня органические (и неорганические) формы. Ничтожная вероятность случайного сложения белковой молекулы, клетки, организма и так далее нейтрализовалась именно этой бесконечностью, поскольку в ней возможно в конечном счете все.

3. Конечность существования Вселенной во времени незаметно подводила к мысли о том, что даже самый радикальный материализм может сомкнуться с концепцией Божественного творения. Или, говоря более академично, – к мысли о том, что оба подхода: и накладывающее вето на действие каких бы то ни было сверхприродных сил эволюционное учение, и решительно исключающий всякую возможность любых качественных изменений естественным путем креационистский взгляд на вещи на самом деле нисколько не противоречат друг другу, но являются полярно противоположными формами осмысления какой-то одной и той же истины. Словом, если использовать давно избитый образ – обе они представляют собой разные стороны одной и той же медали.