Ближайшая к нам крупная галактика — это туманность Андромеды, удаленная на 2 300 000 световых лет, или 700 килопарсеков. Другие галактики, в том числе знаменитое скопление галактик в созвездии Волосы Вероники и живописная галактика в созвездии Лебедь, про которую есть мнение, что это две галактики, находящиеся в процессе столкновения, находятся еще дальше. Применительно к столь удаленным галактикам даже килопарсек — слишком малая единица измерения.
Вместо него можно ввести мегапарсек, равный миллиону парсеков, или тысяче килопарсеков (или 3 260 000 световых лет). Используя этот термин, можно сказать, что до скопления галактик в созвездии Волосы Вероники — 25 мегапарсеков, а до сталкивающихся галактик в созвездии Лебедь — 80 мегапарсеков.
Дошли ли мы, наконец, до такой единицы измерения, которую увеличивать больше незачем? Не совсем. В 1963 году астрономы поняли, что во Вселенной существуют объекты, находящиеся гораздо дальше от нас, чем даже самые далекие из обычных галактик. Эти новые объекты, самые далекие из всего, что мы знаем, называются квазары (см. главу 19).
Самый далекий из обнаруженных на сегодняшний день квазаров называется 3С9, и считается, что он находится на расстоянии, возможно, 9 миллиардов световых лет. Это 2800 мегапарсеков.
Поэтому давайте сделаем еще один шаг и введем гигапарсек, равный миллиарду парсеков, или тысяче мегапарсеков. Тогда можно сказать, что расстояние до 3С9 — 2,8 гигапарсека.
На самом деле у астрономов есть основания полагать, что максимальное расстояние, в принципе доступное любым нашим инструментам, как бы совершенны они ни были, — 12,5 миллиарда световых лет. Если это так, то ширину всей теоретически доступной наблюдению Вселенной можно оценить в 25 миллиардов световых лет, или всего около 7,5 гигапарсека.
Так что этого точно хватит.
Глава 18
ПУТЕШЕСТВИЕ ВО ВРЕМЕНИ: ТОЛЬКО В ОДИН КОНЕЦ
В 1905 году Альберт Эйнштейн предложил абсолютно новый взгляд на Вселенную, казалось выходящий за всякие рамки здравого смысла. Его точка зрения выглядела действительно странно, из нее следовало, что предметы меняются по мере движения, теряя длину и приобретая массу. Получалось, что один человек способен увидеть, измерить и подтвердить под присягой факты, которых другой просто не может увидеть. Терялись все устои.
Единственным утешением обычному человеку оставалось соображение о том, что при обычных условиях все эти нововведения проявляются в настолько малых масштабах, что их можно попросту игнорировать.
Представим себе для начала некий воображаемый товарный поезд, длиной ровно в один километр (при стоянии на месте) и массой ровно в один миллион тонн. Вот он проезжает мимо нас со скоростью 60 миль в час, и если бы у нас имелись достаточно точные измерительные инструменты, то мы бы установили с их помощью, что поезд в данный момент стал короче на одну миллиардную сантиметра и тяжелее на одну десятитысячную грамма.
Однако, если бы точно такие же измерения произвел человек, находящийся в самом поезде, для него и длина и масса поезда остались бы теми же. Он установил бы, что поезд по-прежнему длиной в один километр и массой в миллион тонн. Более того, с точки зрения наблюдателя из поезда, это мы, те, кто находится снаружи, потеряли бы в длине и приобрели в массе.
Миллиардные доли граммов и сантиметров мало кого волнуют. Может показаться, что все эти сложности вокруг новых воззрений на Вселенную не стоят того, чтобы вокруг них огород городить.
Но не всегда происходящие изменения столь незначительны. Всего за несколько лет до того, как Эйнштейн выдвинул свою теорию, было обнаружено, что радиоактивные атомы испускают крошечные субатомные частицы, движущиеся со скоростями, значительно превышающими скорость нашего воображаемого поезда. Скорости субатомных частиц лежат в пределах от 16 000 до 300 000 километров в секунду. Вот их-то длина и масса претерпевают огромные изменения, которые можно и заметить, и измерить; более того, не заметить их просто нельзя! Поэтому с прежними представлениями о Вселенной, в которой и длина и масса были незыблемыми свойствами предмета, вне зависимости от движения или нахождения в покое, пришлось расстаться. Вместо них пришлось принять точку зрения Эйнштейна.
Естественно, если товарный поезд, или что угодно еще столь же материальное, разовьет скорость, при которой изменения его массы и длины станут заметны, гравитационное поле Земли больше не будет его удерживать. Действие перейдет в открытый космос — так давайте же перенесем туда наши воображаемые опыты.
Представим себя на космическом корабле А, длиной в 300 метров и массой в 1000 тонн. Мимо нас со скоростью 260 000 километров в секунду пролетает космический корабль В, точная копия нашего корабля А.
С помощью некоего хитрого оборудования мы измеряем его длину и массу, когда это происходит, и обнаруживаем, что теперь его длина всего 150 метров, зато масса — 2000 тонн, иными словами — он стал вдвое короче и вдвое тяжелее.
Мы тут же связываемся с кораблем В и передаем его экипажу эту информацию, но в ответ нас уверяют, что, согласно их собственным измерениям, корабль, в котором они находятся, ничуть не изменился, зато, измерив наш корабль А, они также обнаружили, что его длина стала всего 150 метров, а масса — 2000 тонн.
Тогда оба корабля останавливаются, сближаются борт о борт и обе команды производят уже неторопливые точные измерения — и оказывается, что теперь оба корабля вернулись к своим первоначальным массе и длине, оба длиной по 300 метров и весом по 1000 тонн.
Какое же из полученных значений верное? Правильный ответ — все. Ведь данные измерений, как мы помним, меняются по мере движения. С точки зрения экипажа корабля А, корабль В пролетал мимо них со скоростью 260 000 километров в секунду, а с точки зрения экипажа корабля В, — наоборот, это корабль А пролетал мимо в противоположном направлении. С точки зрения каждого из экипажей, именно другой корабль пребывал в движении с данной скоростью и, соответственно, обладал удвоенной массой и вдвое меньшей длиной. Когда же корабли оказались борт о борт, ни один из них более не находился в движении относительно другого, и результаты измерений вернулись к «нормальным» показателям.
Если вас все еще продолжает мучить вопрос о том, «так укорачивался все-таки корабль А или нет?», то необходимо понять одну простую вещь: производя измерения, вы не можете получить абсолютные данные о некоей «реальности». Вы можете лишь считать показания приборов, которые, в свою очередь, подвержены влиянию определенных условий.
Теория Эйнштейна касается не только длины и массы — она затрагивает также и время. Согласно этой теории, на движущемся объекте время замедляется. Маятник часов движется медленнее, часовая пружина разворачивается не спеша. Замедляется любое движение.
Но ведь именно периодическое движение позволяет нам измерять время — различного рода регулярные вибрации, пульсации, ритмичные удары. Если все это движение разом замедлится, то можно сказать, что замедлилось и само время.
Некоторым принять такое положение теории еще сложнее, чем положение об изменении длины и массы. В конце концов, нам известно, что длину и массу предметов можно при желании изменять: например, масса сосуда с водой уменьшается по мере испарения воды; а укоротить предмет можно, допустим, сплющив его молотком. Но само представление о том, что можно хоть как-то повлиять на ход времени, кажется противоестественным. Само собой разумеющимся представляется, что ход времени — это нечто вечное и неизменное, не подвластное ничему.
Однако предположение Эйнштейна об изменениях течения времени по мере движения уже получило экспериментальное подтверждение. Даже в отношении скоростей в несколько сантиметров в секунду открыт физический феномен, получивший название «эффект Мёссбауэра». С его помощью можно фиксировать крайне малые изменения в скорости течения времени — здесь снова речь идет о субатомных частицах, чьи огромные скорости позволяют получать достаточно большие изменения, доступные приборам.
Существует частица, именуемая «мю-мезон»[8]. Срок ее жизни — две микросекунды (микросекунда — это одна миллионная секунды). То есть, двигаясь со средней скоростью, она живет две микросекунды. Но иногда случается так, что мю-мезон образовывается космическими лучами в верхних слоях атмосферы и энергия создания бросает их вниз к поверхности Земли со скоростью более 290 000 километров в секунду.
Если бы, двигаясь с этой скоростью, мю-мезон по-прежнему продолжал существовать только две микросекунды, то ему хватило бы времени на преодоление только 520 метров. А поскольку формируются мю-мезоны за много километров от поверхности Земли, долететь до нас ему было бы невозможно.