Первозданный атом Леметра

Открытие расширения Вселенной в популярных книгах по астрономии часто используется в качестве свидетельства того, что Вселенная имела начало в какой-то момент времени в прошлом. Но это неверный вывод. Историк Хельге Краг подчеркивает: «Когда идея о конечном возрасте Вселенной была впервые выдвинута — а это произошло только через два года после открытия Хаббла, — большинство астрономов отвергли ее»^{138}.

Эддингтон приходил в ужас от мысли о моменте зарождения Вселенной, заявляя, что «с философской точки зрения идея о начале нынешнего естественного порядка невыносима для меня»^{139}. Вот как он представлял себе это:

«Я воображаю… равномерное распределение протонов и электронов, заполняющих все (сферическое) пространство и находящихся на очень большом расстоянии друг от друга, пребывающих в состоянии, приближенном к равновесию, на протяжении очень долгого времени, пока их внутренняя нестабильность не перевешивает… Ничто не торопит события. Но в конечном итоге небольшие нерегулярные тенденции накапливаются, и эволюция запускает свой ход… По мере того как материя уплотняется и конденсируется, следом начинаются разнообразные эволюционные процессы: эволюция звезд, эволюция более сложных объектов, эволюция планет и биологическая эволюция»^{140}.

Леметр позволил себе не согласиться с этим. Во время конференции, посвященной связям между физикой и духовностью, проводившейся в Лондоне в 1931 году, Леметр предположил, что Вселенная расширилась из первоначального шара ядерной материи в результате взрыва, который британский астроном Фред Хойл в 1948 году иронически окрестил Большим взрывом^[13]. Леметр кратко обрисовал свою идею в не содержащей никаких математических выражений статье объемом в одну страницу, опубликованной в журнале Nature в том же году^{141}. Он писал:

«Если мы вернемся назад во времени, то увидим, что вся энергия Вселенной содержалась в нескольких или даже в одном кванте… Если это предположение верно, Вселенная появилась чуть раньше, чем пространство и время. Мне кажется, такой вариант начала мира отнюдь не противоречив… Мы сможем постичь момент начала Вселенной, представив ее в форме одного-единственного атома, атомная масса которого равняется всей массе Вселенной. Этот в высшей степени нестабильный атом будет делиться на все меньшие и меньшие атомы в ходе некоторого сверхрадиоактивного процесса».

Заметьте, что, в отличие от некоторых современных теистов, о которых мы поговорим позднее, Леметр не обращался к релятивистской космологии, поскольку хорошо понимал, что в ней не содержится какого-то одного-единственного сценария происхождения Вселенной. Вместо этого он полагался на квантовую механику, которая полностью согласуется со специальной теорией относительности, но до сих пор не приведена в согласие с общей теорией относительности. Леметр представляет исходную точку Вселенной как нечто подобное атомному ядру, содержащему все вещество Вселенной, которое начинает самопроизвольно распадаться, формируя Вселенную, какой мы ее знаем.

В 1941 году Леметр издал книгу на французском языке, озаглавленную «Первозданный атом» (L'hypothese de l'atome primitif), в 1950 году вышел ее перевод на английский язык^{142}. Хотя в этой книге есть несколько уравнений и приложение с математическими выкладками, это скорее не специализированная работа, а масштабное рассуждение на тему космогонии и космологии, ориентированное на франкоязычную аудиторию. Леметр посвятил целую главу доказательству того, что его гипотеза о происхождении Вселенной из единого гигантского ядра согласуется со всеми научными данными того времени.

Следует отметить, что Леметр предвидел заявление, которое в последние годы стало главным аргументом богословов: в результате Большого взрыва появилась не только Вселенная, но также пространство и время.

Большое значение придается тому, что Леметр был священником-иезуитом и его идея о том, что Вселенная возникла входе гигантского взрыва конечное число лет назад, была продиктована его религиозными убеждениями. Однако он всегда настаивал на том, что первозданный атом — сугубо научная гипотеза, пока не подтвержденная экспериментальными данными. На самом деле сценарий Леметра больше напоминает китайский миф о сотворении мира из «космического яйца», чем сюжет из Книги Бытия.

Оригинальный машинописный текст его статьи в журнал Nature оканчивается предложением, которое Леметр вычеркнул перед тем, как отослать ее:

«Я думаю, что каждый, кто верит в высшее существо, поддерживающее каждое живое существо и каждое действие, верит также, что Бог существенно скрыт от нас и может быть доволен, видя, как современная физика приоткрывает вуаль с сотворения мира»^{143}.

Другими словами, Большой взрыв не стоит считать доказательством существования Бога-творца, поскольку Бог скрыт от нас. Многие люди, подобно Леметру, предпочитающие верить в Бога, несмотря на неочевидность его существования, не находят ничего лучше, чем утешать себя тем, что у него, должно быть, есть причины скрываться от нас. Однако этот «аргумент к скрытому Богу» явно несостоятелен^{144}.

Предположение Леметра было по большей части умозрительным. Он не представил какой-либо количественной модели. Самое большее, что можно было сказать на тот момент, — это то, что закон Хаббла v = Hr идеально описывает поведение частиц во время взрыва. Если они не сталкиваются друг с другом после взрыва, более быстрые частицы будут находиться дальше в любой заданный момент времени и r будет линейно пропорционально v. Действительно, лучшее, что можно сделать с точками, изображенными на рис. 8.3, — это свести их в прямую линию. Так обстояли дела на протяжении большей части XX века, пока всего за два года до начала нового тысячелетия не появились куда более точные данные. Но об этом мы поговорим позднее.

В линейной модели, где Н — постоянная, возраст Вселенной обратно пропорционален ей. Вычисленное Хабблом значение 500 км/с на 1 млн. парсеков преобразуется в T = 1/Н = 2 млрд. лет. Уже в те времена это было меньше возраста Земли, оцененного методом радиоизотопного датирования по меньшей мере в 3 млрд. лет. Стоило бы ожидать, что Вселенная должна быть старше Земли.

К тому же были и другие проблемы. Исходя из расстояний до галактик, рассчитанных по закону Хаббла, можно было предположить, что все прочие галактики имеют меньшие размеры, чем Млечный Путь. В частности, Андромеда оказалась меньше, а ее звезды менее яркими, чем ожидалось, что снова порождало мнение о нашей исключительности. Эти серьезные изъяны в законе Хаббла сохранялись в течение нескольких лет.

Только в 1948 году, когда в Паломарской обсерватории в Калифорнии запустили 200-дюймовый телескоп-рефлектор Хейла, числовые несоответствия, связанные с законом Хаббла, были устранены. В 1952 году с помощью телескопа Хейла Вальтер Бааде доказал, что существует две разновидности цефеид^{145}. Хаббл, измеряя расстояние до Андромеды, полагался на одну разновидность, в то время как Шепли, вычисляя расстояния до шаровых скоплений в Млечном Пути, использовал другую. Итак, Андромеда не меньше нашей Галактики, а ее звезды не менее яркие, чем звезды Млечного Пути. Она просто находится дальше, чем думал Хаббл. Значение Н, рассчитанное им, оказалось в семь раз больше истинного, поэтому расстояния получились в семь раз меньше реальных.

В настоящее время значение постоянной Хаббла оценивается примерно в 70 км/с на 1 млн. парсеков, что в результате дает возраст Вселенной, равный Т = 1/Н = 14 млрд. лет. Эта оценка основана на предположении, что Н — это постоянная. Как мы увидим позднее, теперь стало ясно, что это не так. На момент написания этой книги, в 2014 году, наиболее точная оценка возраста Вселенной составляет 13,8 млрд. лет с небольшим и статистически незначимым (для всех, кроме СМИ, любящих раздувать шумиху) числовым расхождением между результатами, полученными наблюдателями, которые использовали разные методы.

 

«Следовательно, Бог существует!»

Вопреки воле самого Леметра, явно выраженной им, его Большой взрыв все еще используется богословами и верующими учеными в качестве научного подтверждения божественного творения. 22 ноября 1951 года папа Пий XII в речи перед Папской академией наук объявил, что современная наука и церковь сходятся в одних и тех же фундаментальных истинах^{146}.

Открывая тему, которая в последующие десятилетия распространится среди религиозных апологетов, папа сказал: «По мере своего прогресса и вопреки заявлениям, выдвинутым в прошлом, истинная наука открывает все больше доказательств существования Бога — как если бы Бог ждал нас за каждой новой дверью, открываемой наукой». Он определил две основные характеристики космоса,«который наука постигла невероятно глубоко, доказав и усилив свыше всяких ожиданий: 1) способность вещей к мутации, включая их начало и конец; 2) явно проглядывающую в каждом уголке космоса целенаправленность процессов».

Пий XII привел примеры способности к мутации, то есть изменчивости, как в микрокосме, так и в макрокосме: фазовые сдвиги и химические преобразования материи, радиоактивное излучение атомов и радиоактивность ядра.

Переходя к космосу, папа сказал: «Все как будто указывает на то, что некоторое время назад материальная Вселенная имела грандиозное начало, для которого потребовалось неописуемо огромное количество энергии, благодаря которой вначале быстро, а затем, все более замедляясь, она эволюционировала в свое нынешнее состояние».

Папа заключает:

«[Современная наука] проследила курс и направление космических явлений, и, помимо того, что стало возможно мельком взглянуть на исходную точку, к которой неумолимо сходятся эти явления, они указывают на то, что их начало произошло около 5 миллиардов лет тому назад (на тот момент это была обоснованная оценка, — Примеч. авт.). Таким образом, с конкретностью, характерной для физических доказательств, [наука] подтвердила вероятность непредсказуемого возникновения Вселенной, а также обоснованность вывода относительно момента, когда мир вышел из рук Творца».

А затем последовали строки, не раз цитировавшиеся за десятилетия, прошедшие с тех пор:

«Следовательно, создание имело место. Следовательно, есть Творец. Следовательно, Бог существует».

Интересно, что нигде в своей речи папа не обращается к специфическим доктринам католической церкви или к Библии. Упоминая «космические явления», которые указывают «на то, что их начало произошло около 5 млрд. лет тому назад», папа не упоминает, что, согласно Книге Бытия, сотворение произошло намного позже — порядка 10 тыс. лет назад. Он также не упоминает доктрину о неизменности видов, совершенно точно присутствующую в Книге Бытия.

Разумеется, это преимущество статуса папы, так как именно он, а не Библия определяет официальные доктрины католической церкви. Бедняги протестанты. У них нет такой же непрерывной цепочки авторитетов, восходящей к Иисусу Христу, и им приходится полагаться на сборник мифов, написанный несколько тысяч лет назад и определенно полный ошибок.

Даже при всем этом в 1951 году все еще не было убедительных данных, подтверждающих теорию Большого взрыва, так что ее ничто не доказывало. Как отмечает Краг: «В те времена, когда папа излагал свое понимание космологии, в этой области еще не было однозначного согласия, напротив, шла напряженная борьба мнений». Речь папы на самом деле вводила в заблуждение, оставляя у обывателей впечатление, что «описанное в Книге Бытия было буквально подтверждено космологией Большого взрыва». Леметр знал, что это не так, и ему удалось уговорить папу слегка поумерить пыл в дальнейших речах^{147}.

 

Утомленный свет

Если даже Хаббл не был абсолютно убежден в том, что Вселенная расширяется, будьте уверены, остальные тоже сомневались. В конце концов, будучи учеными, они просто делали свою работу: ставили все под сомнение, пока не появятся в высшей степени убедительные данные, подтверждающие теорию. Итак, космологи искали другие объяснения бесспорного экспериментально доказанного факта существования красного смещения галактик. Если красное смещение вызвано не эффектом Доплера вследствие удаления галактик, то чем же тогда?

Правдоподобное объяснение предложил человек, бывший одной из наиболее интересных личностей в истории астрономии, — Фриц Цвикки, астроном из Калифорнийского технологического института. Цвикки родился в 1898 году в болгарском городе Варне в семье швейцарского посла. В 1925 году он поступил в Калифорнийский технологический институт и большую часть жизни проработал в Паломарской обсерватории и обсерватории «Маунт-Вилсон». У Цвикки было много идей, опережавших свое время, к примеру идея о том, что галактики формируют скопления.

В 1929 году Цвикки предположил, что красное смещение вызвано утомлением света: фотоны, преодолевшие большое расстояние, просто теряют энергию в ходе попутного взаимодействия с материей, в том числе, возможно, с другими фотонами. Если фотоны теряют энергию, соответствующая им длина волны будет увеличиваться, смещаясь в красную сторону.

Хотя эту идею в различных формах можно было встретить на протяжении десятилетий, в конце концов ее опровергли с помощью теста поверхностной яркости, предложенного американским физиком-теоретиком Ричардом Толменом. В статической Вселенной интенсивность света, идущего от звезды или галактики, снижается по формуле 1 /r², где r — расстояние до галактики, в то время как видимая площадь света также снижается по тому же закону. Так что наблюдаемая яркость света на единицу площади будет постоянной. В расширяющейся Вселенной яркость по мере увеличения расстояния снижается быстрее по двум причинам. Во-первых, поскольку объект, испускающий фотоны, удаляется, каждому следующему фотону приходится преодолевать большее расстояние, чем предыдущему, вследствие чего интенсивность света снижается. Во-вторых, объект кажется больше, чем в действительности, поскольку он испустил свет, который мы наблюдаем, когда был ближе к нам. Данные точнейших измерений поверхностной яркости подтвердили теорию расширяющейся Вселенной и опровергли гипотезу утомленного света.