1. Пропавшая Вселенная
Мы можем поручиться лишь за четыре процента космоса
У индейцев, живущих в окрестностях сонного аризонского городка Флагстаффа, интересный взгляд на борьбу человека за мировую гармонию. По их преданиям, все тяготы и превратности жизни берут начало в порядке — или, сказать вернее, в беспорядке — звезд небесных. Эти драгоценные камни должны были помочь людям обрести мир и благоденствие. Но когда Первая Женщина собрала звезды, дабы запечатлеть на черноте неба нравственный закон, торопыга Койот выхватил их из горшка и разбросал как попало. От его нетерпения приключились и путаница созвездий на небесах, и хаос людского бытия.
Астрономы, ночи напролет всматривающиеся в небо над Флагстаффом, могут найти в этом мифе известное утешение. На холме над городом установлен телескоп; полученные с него данные о звездах и их путях в космическом хаосе сильно добавили разрухи в головах ученых. В первые годы двадцатого века звездный свет, проходивший сквозь линзы телескопа Кларка в тамошней обсерватории Лоуэлла, положил начало цепочке наблюдений, которая привела к одному из самых странных открытий во всей истории науки: большая часть Вселенной попросту отсутствует.
Если будущее науки зависит от постижения вещей, лишенных смысла, то у космоса есть что предложить на этот счет. Мы стремимся узнать, из чего состоит Вселенная и как она работает, — иными словами, определить составляющие ее элементы и взаимодействующие в ней силы. В этом суть единой универсальной теории, о которой мечтают физики: установить «совокупное содержимое» космоса и управляющие им законы. Время от времени та или другая газета, журнал либо телепередача объявляют, что мы почти у цели. Но это не так. Тяжело создать всеобщую теорию, когда приходится иметь дело с фактом, что большинство частиц и сил, подлежащих каталогизации, совершенно неведомы науке. Нам выпало счастье жить в золотом веке космологии; мы собрали огромное количество информации о том, как зародился космос и как он развивался до своего нынешнего состояния, но, по сути, не знаем, что представляет собой его большая часть. «В нетях» без малого вся Вселенная; если совсем точно — 96 процентов.
Звезды, которые мы видим на периферии далеких галактик, движутся словно по мановению незримой руки, которая удерживает их на местах и не дает унестись в пустоту. Согласно самым точным вычислениям, «плоть» этой невидимой руки, известная ученым под именем темной материи, составляет почти четверть совокупной массы космоса. Однако подобное обозначение — всего лишь словесная этикетка. На деле мы не знаем, что такое темная материя.
Кроме нее, есть еще и темная энергия. Когда Альберт Эйнштейн показал, что масса и энергия подобны двум сторонам медали и одна может быть преобразована в другую по формуле Е = mc2, он тем самым невольно создал наиболее каверзную из всех проблем современной физики. «Темная энергия» — название, используемое учеными для той призрачной сущности, что заставляет ткань Вселенной расширяться все быстрее, образуя все больше пустого пространства между галактиками. Примените уравнение Эйнштейна для преобразования энергии в материю, и окажется, что темная энергия составляет 70 процентов массы космоса (а после его открытий массу — энергию и приходится рассматривать как двуединое целое). Никто не знает, откуда берется эта энергия, какова ее природа, будет ли она без конца ускорять разбегание Вселенной или выдохнется когда-нибудь. Как только дело доходит до главных элементов, составляющих мироздание, остается разводить руками. Знакомый мир атомов, из которых сделаны мы сами и все наше окружение, — лишь мизерная доля вселенской массы — энергии. Весь гигантский «остаток» — загадка, ждущая своего решения.
Как мы об этом узнали? Благодаря навязчивому стремлению одного человека открыть жизнь на Марсе. В 1894 году богатый массачусетский промышленник Персиваль Лоуэлл загорелся идеей, что на Красной планете существует развитая цивилизация. Презрев издевки ученых современников, Лоуэлл захотел найти неопровержимое астрономическое доказательство своей мечты. Он разослал агентов во все уголки Соединенных Штатов и в конце концов решил, что для выбранной цели идеально подходит ясное небо Аризоны в окрестностях Флагстаффа. Промаявшись несколько лет с небольшими телескопами, Лоуэлл купил у изготовителей в Бостоне огромный по тем временам 60-сантиметровый рефрактор и доставил его во Флагстафф по железнодорожной ветке из Санта-Фе.
Так началась эпоха большой астрономии. Телескоп конструкции Элвина Кларка, обошедшийся в двадцать тысяч долларов, был установлен в куполе среди величавых сосен, в конце крутой тропинки на вершине Марсианского холма, названного в честь путеводной звезды Лоуэлла. Этот прибор основательно вошел в историю: в 1960-е годы он применялся для определения самых подходящих точек высадки на Луну астронавтов по программе «Аполлон». Но еще задолго до того не по годам серьезный и задумчивый молодой человек по имени Весто Мелвин Слайфер употребил телескоп Кларка в качестве «заводной ручки» всей современной космологии.
Слайфер родился в 1875 году в фермерской глубинке штата Индиана. В 1901 году, окончив университет с дипломом инженера-механика и астронома, он приехал во Флагстафф как помощник Персиваля Лоуэлла. Лоуэлл нанял его на короткий срок, да и то с неохотой, только ради одолжения своему старому учителю. Но договоренность пошла насмарку: бывший ассистент покинул обсерваторию пятьдесят три года спустя, уйдя на покой с директорского поста.
Хотя к мании своего босса Слайфер относился не без сочувствия, охота на марсиан его не слишком занимала. Гораздо сильнее Слайферу хотелось понять, как неразумные сферы, слепленные из газа и пыли — звезды и планеты, — перемещаются по Вселенной. Одной из самых больших загадок для астрономии того времени были спиральные галактики. Эти слабые мерцания в ночном небе представляли собой, по мнению одних, обширные скопления звезд — «острова Вселенной», как некогда назвал их философ Иммануил Кант. Другие считали их просто отдаленными планетными системами. И вот парадокс: исследования Слайфера, решив эту загадку, в итоге заставили нас озаботиться не столько тем, что мы видим своими глазами, сколько тем, чего мы увидеть никак не можем.
В 1917 году, когда Альберт Эйнштейн вносил последние штрихи в свой «кондуит Вселенной», ему недоставало для полной ясности одного эмпирического факта, который связал бы всю картину в единое целое. Ко всем астрономам мира он обращался с одним и тем же вопросом: космос расширяется, сжимается или пребывает в равновесии?
Уравнения Эйнштейна описали, как ведет себя пространство — время (трехмерное пространство плюс временное измерение, в совокупности образующие ткань Вселенной) во взаимодействии с массой — энергией, заключенной в этих пределах. Из первоначальных уравнений следовало, что Вселенная может либо раздвигаться, либо уплотняться под воздействием гравитации. Если же космос статичен, это означает наличие еще некоторого фактора, «расталкивающего» материю, которую сила притяжения стремится сжать. Эйнштейна такая мысль нисколько не тешила: если законы тяготения применительно к массе — энергии вполне обоснованны, то для существования каких-то противодействующих сил не было ни малейшего резона.
