Первоначальная тайна , сопровождающая любое путешествие , такова :

Путешественник достигнет своей отправной точки в первую очередь?

—L

OUISE

B

ОГАН

, Путешествие По Моей Комнате

Ночь была темная и бурная.

В начале 1916 года Альберт Эйнштейн только что завершил свою величайшую работу в жизни -
десятилетнюю напряженную интеллектуальную борьбу за создание новой теории гравитации,
которую он назвал общей теорией относительности. Однако это была не только новая
теория гравитации, но и новая теория пространства и времени.
И это была первая научная теория, которая могла объяснить не только то, как
объекты движутся во Вселенной, но и то, как сама Вселенная может
развиваться.

Однако была одна загвоздка. Когда Эйнштейн начал применять свою
теорию к описанию Вселенной в целом, стало ясно, что эта теория
не описывает Вселенную, в которой мы, по - видимому, живем.

Сейчас, почти сто лет спустя, трудно в полной мере оценить, насколько
изменилась наша картина Вселенной за время одной человеческой
жизни. Для научного сообщества в 1917 году
Вселенная была статичной и вечной и состояла из одной галактики, нашего Млечного
Пути, окруженного огромным, бесконечным, темным и пустым пространством. В конце концов,
это то, о чем вы могли бы догадаться, глядя в ночное небо своими глазами или
с помощью небольшого телескопа, и в то время не было никаких оснований подозревать
иначе.

В теории Эйнштейна, как и в теории тяготения Ньютона до нее, гравитация - это
чисто сила притяжения между всеми объектами. Это означает
, что невозможно иметь множество масс, находящихся в пространстве в состоянии покоя вечно. Их
взаимное гравитационное притяжение в конечном счете приведет к тому, что они коллапсируют
внутрь, в явном несогласии с кажущейся статичной Вселенной.

Тот факт, что общая теория относительности Эйнштейна не соответствовала
тогдашней картине Вселенной, был для него большим ударом, чем вы можете
себе представить, по причинам, которые позволяют мне отказаться от мифа об Эйнштейне
и общей теории относительности, который всегда беспокоил меня. Обычно считается
, что Эйнштейн работал в изоляции в закрытой комнате в течение многих лет, используя чистую
мысль и разум, и придумал свою прекрасную теорию, независимую от
реальности (возможно, как некоторые струнные теоретики в наши дни!). Однако ничто
не могло быть дальше от истины.

Эйнштейн всегда глубоко руководствовался экспериментами и наблюдениями.
Хотя он провел в уме множество “ мысленных экспериментов ” и трудился
более десяти лет, он изучал новую математику и следовал многим ложным
теоретическим выводам в этом процессе, прежде чем в конечном итоге создал теорию, которая
действительно была математически прекрасна. Однако самый важный момент в
установлении его любовной связи с общей теорией относительности был связан с
наблюдением. В последние беспокойные недели, когда он заканчивал свою
теорию, соревнуясь с немецким математиком Давидом Гильбертом, он использовал
его уравнения для вычисления предсказания того, что в противном случае могло бы показаться
неясным астрофизическим результатом: небольшая прецессия в “ перигелии ” (
точке ближайшего сближения) орбиты Меркурия вокруг Солнца.

Астрономы давно заметили, что орбита Меркурия немного
отклоняется от предсказанной Ньютоном. Вместо того, чтобы быть идеальным овалом, что
вернулся к себе, на орбиту Меркурия с прецессией (что означает, что
планета не возвращается точно в ту же точку после одной орбите, но
ориентация эллипса немного смещается каждой орбиты, в конечном счете, прослеживая
вид спирали, как шаблон) невероятно малое количество: 43 угловых секунд
(около

1

/

100

Степени) в столетие.

Когда Эйнштейн выполнил свой расчет орбиты, используя свою теорию
общей теории относительности, число вышло в самый раз. Как писал биограф
Эйнштейна Абрахам Паис: “ Это открытие было, я считаю, самым
сильным эмоциональным переживанием в научной жизни Эйнштейна, возможно, во всей
его жизни ”. Он утверждал, что у него учащается сердцебиение, как будто “ что - то
сломалось ” внутри. Месяц спустя, когда он описал свою теорию другу, как

один из “ несравненной красоты ”, его удовольствие от математической формы было
действительно очевидно, но никаких трепетаний не было сообщено.

Однако явное несогласие между общей теорией относительности и наблюдениями
относительно возможности существования статичной вселенной продолжалось недолго
(хотя оно и заставило Эйнштейна внести в свою теорию модификацию
, которую он впоследствии назвал своей самой большой ошибкой. Но об этом чуть позже.) Все
(за исключением некоторых школьных советов в Соединенных Штатах) теперь
знают, что Вселенная не статична, а расширяется и что расширение
началось в невероятно горячем, плотном Большом Взрыве, приблизительно 13,72 млрд.
много лет назад. Не менее важно и то, что мы знаем, что наша галактика - всего лишь одна из
, возможно, 400 миллиардов галактик в наблюдаемой Вселенной. Мы подобны
древним земным картографам, которые только начинают составлять полную карту Вселенной в ее
самых больших масштабах. Неудивительно, что последние десятилетия стали свидетелями
революционных изменений в нашей картине Вселенной.

Открытие того, что Вселенная не статична, а скорее расширяется, имеет
глубокое философское и религиозное значение, потому что оно предполагало, что
наша вселенная имела начало. Начало подразумевает созидание, а созидание
пробуждает эмоции. В то время как потребовалось несколько десятилетий после открытия в
1929 году нашей расширяющейся Вселенной, чтобы понятие Большого взрыва получило
независимое эмпирическое подтверждение, папа Пий XII провозгласил его в 1951 году в качестве
доказательства Бытия. Как он выразился:

Казалось бы, современная наука одним махом назад
, через века, сумела засвидетельствовать августовский
миг первобытного Fiat Lux [ Да будет свет ], когда вместе
с материей из ничего вырвалось море света и излучения,
и элементы раскололись, вспенились и образовали миллионы
галактик. Таким образом, с той конкретностью, которая свойственна
физическим доказательствам, [ наука ] подтвердила случайность
Вселенной, а также обоснованный вывод относительно эпохи, когда
мир вышел из рук Творца. Поэтому
и произошло творение. Мы говорим: “ Следовательно, есть Творец. Следовательно, Бог существует! ”

Полная история на самом деле немного интереснее. На самом деле первым, кто
предложил Большой взрыв, был бельгийский священник и физик по имени Жорж
Леметр. Леметр представлял собой удивительное сочетание мастерства. Он

начал учиться на инженера, был награжденным артиллеристом в Первую мировую
войну, а затем переключился на математику во время учебы на священника
в начале 1920- х годов. Затем он перешел к космологии, сначала учился у
знаменитого британского астрофизика сэра Артура Стэнли Эддингтона, а затем перешел
в Гарвард и в конце концов получил вторую докторскую степень по физике в
Массачусетском технологическом институте.

В 1927 году, до получения второй докторской степени, Леметр фактически
решил уравнения Эйнштейна для общей теории относительности и продемонстрировал, что
теория предсказывает нестатическую вселенную и фактически предполагает, что Вселенная
, в которой мы живем, расширяется. Идея казалась настолько возмутительной, что
сам Эйнштейн красочно возразил: “ Ваша математика правильна, но
ваша физика отвратительна ”.

Тем не менее Леметр продолжал двигаться вперед, и в 1930 году он предположил
, что наша расширяющаяся Вселенная на самом деле началась как бесконечно малая точка, которую
он назвал “ Первичным Атомом ”, и что это начало представляет
собой, возможно, намек на Книгу Бытия, “ День без Вчерашнего дня ”.

Таким образом, Большой взрыв, о котором так возвещал папа Пий, был впервые
предложен священником. Можно было бы подумать, что Леметр пришел бы
в восторг от такого папского утверждения, но он уже отказался
от мысли, что эта научная теория имеет теологические
последствия, и в конце концов убрал абзац в черновике своей
статьи о Большом взрыве 1931 года, в котором отмечался этот вопрос.

Леметр на самом деле позже высказал свое возражение против утверждаемого папой в 1951
году доказательства Бытия через Большой взрыв (не в последнюю очередь потому, что он понимал, что если его
теория позже окажется неправильной, то претензии римско - католической церкви на
Бытие могут быть оспорены). К этому времени он был избран в Папскую
академию Ватикана, а позже стал ее президентом. Как он выразился,
“ насколько я могу видеть, такая теория остается полностью вне любого
метафизического или религиозного вопроса ”. Папа больше никогда не поднимал эту
тему на публике.

Здесь есть ценный урок. Как признавал Леметр, действительно ли
Большой взрыв произошел - это научный вопрос, а не теологический,
более того, даже если бы Большой взрыв и произошел (что все свидетельства сейчас
в подавляющем большинстве подтверждают), можно было бы по - разному интерпретировать его в
зависимости от своих религиозных или метафизических пристрастий. Вы
можете рассматривать Большой взрыв как наводящий на мысль о создателе если чувствуете в этом необходимость
или вместо этого утверждать что математика общей теории относительности объясняет

эволюция Вселенной вплоть до ее начала без
вмешательства какого - либо божества. Но такая метафизическая спекуляция
не зависит от физической обоснованности самого Большого взрыва и не имеет отношения
к нашему пониманию его. Конечно, когда мы выходим за рамки простого существования
расширяющейся Вселенной, чтобы понять физические принципы, которые могут
быть связаны с ее происхождением, наука может пролить дополнительный свет на эту спекуляцию, и, как я
буду утверждать, она это делает.

Во всяком случае, ни Леметр, ни папа Пий не убедили научный
мир в том, что Вселенная расширяется. Скорее, как и во всякой хорошей науке,
доказательства пришли из тщательных наблюдений, в данном случае сделанных Эдвином
Хабблом, который продолжает давать мне большую веру в человечество, потому что он
начинал как юрист, а затем стал астрономом.

Хаббл ранее совершил значительный прорыв в 1925 году с новым
100- дюймовым телескопом Хукера Маунт Уилсон, тогда самым большим в мире. (Для
сравнения, сейчас мы строим телескопы более чем в десять раз
больше этого по диаметру и в сто раз больше по площади!) До этого
времени с помощью телескопов астрономы могли различать
нечеткие изображения объектов, которые не были простыми звездами в нашей галактике. Они
назвали эти туманности, что в основном по - латыни означает “ нечеткая вещь ” (на самом деле
“ облако ”). Они также спорили, находятся ли эти объекты в нашей галактике или
за ее пределами.

Поскольку преобладающим взглядом на Вселенную в то время было то, что наша галактика
- это все, что было, большинство астрономов попали в лагерь “ в нашей галактике ”,
возглавляемый известным астрономом Харлоу Шепли из Гарварда. Шепли
бросил школу в пятом классе и учился самостоятельно, в конце концов
поступив в Принстон. Он решил изучать астрономию, выбрав первый
предмет, который он нашел в учебном плане. В своей фундаментальной работе он продемонстрировал
, что Млечный Путь намного больше, чем считалось ранее, и что
Солнце было не в центре, а просто в отдаленном, неинтересном уголке. Он
был грозной силой в астрономии, и поэтому его взгляды на природу
туманностей имели значительное влияние.

В Новый год 1925 года Хаббл опубликовал результаты своего двухлетнего
исследования так называемых спиральных туманностей, где он смог идентифицировать определенный
тип переменной звезды, называемой цефеидной переменной звездой, в этих туманностях,
включая туманность, теперь известную как Андромеда.