Дальнейшая судьба Вселенной: важнейшее научное открытие века

В агентстве РИА Новости в рамках проекта «Наука без границ» прошла публичная лекция главного астрофизика Центра космических полетов Годдард в NASA нобелевского лауреата профессора Джона Мазера.

Свет из прошлого

Свою научную карьеру я начал на экспериментальной ферме при университете Нью-Джерси. Мой отец изучал коров, стараясь понять, как получать больше молока хорошего качества. А я читал книги и по ночам смотрел в небо. Так я увлекся астрономией и стал изучать историю Вселенной и то, как были созданы условия для жизни на Земле. Теперь попытаюсь объяснить широкой публике, как астрономы по-своему рассказывают историю. Прежде всего — астрономы имеют способность смотреть назад в прошлое. Свет путешествует с большой скоростью, но пространство не имеет ограничений. И мы, астрономы, можем смотреть на разные расстояния в зависимости от того, как далеко мы заглядываем. Солнце мы видим таким, каким оно было 500 секунд назад, звезды мы видим 4 года назад, а самое большое расстояние — 15 миллиардов лет. Поэтому мы, в отличие от других ученых, имеем возможность смотреть в прошлое. Да, археологи тоже смотрят в прошлое — на старые камни. Историки читают старые книги. Но астрономы имеют возможность смотреть на миллионы и миллиарды лет назад. И надо сказать, что многие объекты сильно удаляются от нас.

Без конца и края

Создатель теории относительности Альберт Эйнштейн первоначально не верил в расширение Вселенной. Он говорил — этого не может быть! Но в 1929 году Хаббл доказал, что Вселенная расширяется, и Эйнштейну пришлось извиняться. Теперь мы знаем, что почти все галактики удаляются от нас со скоростью 1000 километров в секунду. Зная расстояние и скорость, мы можем измерить возраст Вселенной. Но мы не можем увидеть ни ее центра, ни ее края. Потому что живем в трехмерном пространстве и одном времени. А для того, чтобы посмотреть на Вселенную со стороны, нужно большее количество измерений, которое мы можем себе представить. Это звучит невероятно, но до момента Большого взрыва всю Вселенную можно было бы удержать в ладонях — ее размер не превышал десяти сантиметров. Потом с ней что-то произошло. Она стала настолько быстро расширяться, что даже свет не успевал за ней. И вот эта небольшая часть материи стала всей расширяющейся Вселенной, которую мы теперь наблюдаем.

Как зародилась жизнь

Солнце и Солнечная система образовались 4,6 млрд лет назад, это примерно составляет треть возраста Галактики. Мы можем об этом судить по микроскопическим частицам, которые получили с метеоритов. Затем небольшая планета, которую назвали Тиа, размером с Марс, врезалась в Землю, все на Земле расплавилось и такие элементы, как водород и другие, были выброшены в космос. Это произошло примерно через 90 млн лет после образования Солнечной системы. Потом Земля начала охлаждаться, и через 100 млн лет Юпитер и Сатурн поменялись местами, Земля подверглась бомбардировке много-численными кометами и метеорами, и водород и вода, видимо, именно тогда попали на Землю. Это было примерно 400-700 млн лет назад. А затем, как только условия стали наиболее благоприятными, температура снизилась, появилось достаточно воды и начала зарождаться жизнь. Первые человекообразные существа появились в Африке во время ледникового периода, когда Земля была сухой и большая ее часть находилась подо льдом. У меня нет времени рассказывать всю эту историю. Но я могу сделать прогноз, как будет развиваться Вселенная дальше.

Гибель Галактики

Где-то через миллиард лет Солнце может раскалиться до такой степени, что жизнь станет невозможной, а через 5 млрд лет Солнце увеличится настолько, что земная орбита может пересечься с Солнцем, и тогда Земля прекратит свое существование. Туманность Андромеды может столкнуться с Млечным путем. Это будет очень впечатляющее зрелище для астрономов. К сожалению, мы этого уже не увидим, но, может быть, какие-то другие астрономы на других планетах смогут наблюдать это захватывающее зрелище. Звезды выгорят, и наступит темнота. Но это теоретическое предположение. Есть и другие версии. Не исключена возможность того, что разбегание остановится и Вселенная опять соединится вместе, и это тоже будет общий космический коллапс. Впрочем, что случится наверняка, сказать трудно. Но перед астрономами стоит много и других загадок.

Темная материя

Первая загадка: почему существует материя и антиматерия? А раз так, то должны существовать и антигалактики. Второй вопрос: что такое темное вещество? Оно как раз отвечает за микроизменения в температурах излучения. И эта материя не взаимодействует с волнами. Мы смогли установить, что она имеет силу притяжения. Но ни одной частицы темного вещества еще не удалось получить в лаборатории. То же самое и с темной энергией. Мы знаем, что она существует, есть доказательства, но нет лабораторного подтверждения. По-прежнему актуален вопрос, был ли Эйнштейн прав в своей теории относительности? И может ли материя передвигаться со скоростью большей, чем скорость света. Но это скорее философский вопрос. Также философский вопрос — являемся ли мы единственными разумными существами во Вселенной. А если это так, то почему именно Земля стала местом обитания разумных существ и существуют ли другие такие места?

Будущие проекты

Возможно, к ответам на эти вопросы приблизит следующий проект, над которым я работаю. Называется он «Космический телескоп «Уэбб», запуск которого запланирован на 2014 год. В его конструкцию входят огромное зеркало диаметром 6,5 метра (диаметр зеркала «Хаббла» — 2,4 метра) и солнцезащитный щит размером с теннисный корт. Зеркало и щит из-за своих габаритов будут доставлены на ракету-носитель в сложенном виде, а затем раскроются после вывода телескопа в открытый космос. Основное различие между «Хабблом» и «Джеймсом Уэббом» заключается в диапазонах работы: приборы «Хаббла» собирают информацию в инфракрасных лучах, в видимом свете и в ультрафиолете, а «Джеймс Уэбб» будет работать преимущественно в инфракрасном диапазоне. Инфракрасные лучи способны проникать в пылевые облака и давать нам гораздо больше информации, чем мы имели раньше. Вполне возможно, что новые солнца формируются именно в таких пылевых облаках. Все это ведет к тому, что мы сможем наблюдать звезды, которые, на наш взгляд, обладают планетами вроде Земли.

Поиск жизни

Впрочем, есть и другие места, где можно искать признаки жизни. Многие считают, что жизнь существовала на Марсе и даже сейчас там сохранилась вода под поверхностью в форме льда. Есть еще места. Например Европа, спутник Юпитера, где находится океан, покрытый льдом. Конечно, это очень многообещающее и интересное место, где нужно искать признаки жизни. Как мы знаем, кислород на Земле является следствием жизни на Земле. Если мы найдем кислород в атмосфере других планет, то тогда, возможно, найдем и жизнь в том виде, какой ее знаем
на Земле.

Другие Вселенные

Между тем, возможно, существуют и другие вселенные. Но мы никогда не сможем это доказать. Только математики могут рассуждать на эту тему за нас. Мы не знаем всех законов природы, законов науки, физики, и каждое новое открытие — это зачастую замена одних, ставших привычными, принципов на другие, новые. Я не знаю, с чем мы столкнемся в будущем, но, думаю, у нас впереди еще многие века и миллионы лет на научные прозрения и открытия.

Справк а «РК»

Доктор Джон К. Мазер (John C. Mather) является главным астрофизиком Центра космических полетов Годдард в NASA (NASA Goddard Space Flight Center), расположенного в штате Мэриленд, а также адъюнкт-профессором по физике университета штата Мэриленд в Колледж Парке. Будучи участником постдокторальной программы Национального научно-исследовательского Института космических исследований Годдарда (Нью-Йорк Сити) он возглавлял проект разработки спутниковой программы по исследованию космического реликтового фона Cosmic Background Explorer (1974-1976), после чего вернулся в центр Годдарда для работы в качестве ученого-исследователя (1976-1988) и ученого по проектам (1988-1998), а также главного исследователя по работе на Дальнем инфракрасном абсолютном спектрофотометре (FIRAS) по программе Исследования космического реликтового фона (Cosmic Background Explorer (COBE)).

Он и его команда показали, что фоновая реликтовая микроволновая космическая радиация имеет спектр черных тел в диапазоне 50 миллионных долей, что позволило с необычайной точностью подтвердить теорию Большого взрыва. За эту работу доктор Мазер получил в 2006 году Нобелевскую премию по физике, разделив ее с Джорджем Смутом (George Smoot).