Почему космос такой темный, если во Вселенной миллиарды звезд?
Если Вселенная безгранична и полна звезд и галактик, почему мы не видим их повсюду, куда бы ни посмотрели? Иногда самые простые вопросы имеют под собой глубокое основание. Что, если когда мы смотрим в ночное небо и видим там лишь черноту и звезды, которых намного меньше, чем звезд во Вселенной, то это потому, что мы люди и не можем увидеть больше? Почему ночное небо черное и лишено света?
Поначалу это может показаться бессмыслицей. Конечно, у нас есть прозрачная атмосфера, позволяющая нам вглядываться в обширные глубины космоса, когда Солнце находится на противоположной стороне нашего мира. И наше расположение в галактике означает, что лишь часть Вселенной сокрыта галактическим газом и пылью, которые обычно блокируют большую часть света в центральных регионах Млечного Пути. Тем не менее если бы мы жили в действительно бесконечной Вселенной, если бы пустота глубокого космоса продолжалась достаточно долго в любом направлении, то куда бы мы ни взглянули, мы везде видели бы сияющие точки света.
Конечно же, мы можем заглянуть в самые глубокие глубины пустого пространства, где нет ни звезд, ни галактик, которые можно увидеть невооруженным глазом или с помощью обычных телескопов, можем направить космический телескоп Хаббла, чтобы тот вглядывался в эту тьму часами или даже днями. И тогда мы обнаруживаем, что Вселенная полна звезд и галактик. Свет звезд проходит миллионы, миллиарды или даже десятки миллиардов световых лет и достигает нашего лучшего оборудования. Может потребоваться долгое время, чтобы поймать достаточно фотонов на таком большом расстоянии, но учитывая по меньшей мере 170 миллиардов галактик, присутствующих в той части Вселенной, которую мы имели возможность наблюдать, можно задуматься о том, что их на самом деле бесконечное число.
Во всяком случае мы видим явно не бесконечность. Еще в 1800 году Генрих Ольберс понял, что если бы Вселенная была действительно бесконечна — с бесконечным числом сияющих звездочек — то в конечном итоге, куда бы вы ни посмотрели, ваши глаза попали бы на поверхность звезды. Вы увидели бы не те галактики, что видим мы, которые по большей части пустое место; вы увидели бы все их звезды, а также звезды в галактиках за ними, и еще дальше и дальше. Путешествуя через миллиарды, триллионы, квадриллионы световых лет, вы попадали бы к звезде.
Это простой математический факт: если взять бесконечное пространство с конечной, ненулевой плотностью «вещества» в нем, то взглянув на любое его место (и в любом направлении), вы точно приходили бы к этому веществу через конечное расстояние. Если допустить, что космос полон звезд — даже если они разрежены — но бесконечен и обладает однородной плотностью, вы будете неизбежно приходить к звезде, независимо от направления.
Та же математическая теорема говорит вам, что в конечном итоге звездный свет со всех сторон прибудет к вашему месту, а также ко всем местам в пространстве. Если бы наша Вселенная была таковой — статичной, бесконечной, с вечно сияющими звездами — ночное небо всегда было бы ярким.
Что же спасло нас от всего этого? Верьте или нет, но это Большой Взрыв. Тот факт, что Вселенная не существовала всегда и что мы можем наблюдать звезды и галактики лишь на определенном расстоянии — а значит, получаем ограниченное количество света, тепла и энергии от них — объясняет, почему в нашем ночном небе так мало света. Конечно, по всей Вселенной разбросано колоссальное количество точек света. Но их количество, которое мы видим, оно ограничено скоростью света и физикой расширяющейся Вселенной. Где-то там есть огромная Вселенная, куча звезд и галактик, которых мы не видим, но освещать наше небо они не могут, поскольку с момента Большого Взрыва прошло не так много времени, чтобы их свет нас достиг.
«Погодите минутку, — заметите вы, — Большой Взрыв говорит нам, что Вселенная была горячее и плотнее в прошлом, а значит излучение от этого плотного и горячего состояния должно сегодня быть повсюду, распространяться во всех направлениях». И будете правы: 13,8 миллиарда лет назад Вселенная была настолько горячей, что не могли образоваться нейтральные атомы, не говоря уж о звездах и галактиках. Когда эти нейтральные атомы, наконец, сформировались, свет начал распространяться по прямой линии и должен прибывать к нашим глазам со всех направлений постоянно, независимо от того, что мы делаем.
И мы видим этот свет всякий раз, когда включаем старый телевизор, настроенный на мертвый канал. Этот «снег», черно-белый шум, который вы видите на экране телевизора, поступает со всех источников: от радиопередач, Солнца, черных дыр и всевозможных астрофизических явлений. Около 1% поступает от послесвечения Большого Взрыва: космического микроволнового фона. Если бы мы могли видеть в микроволновом и радиодиапазоне электромагнитного спектра — не только в видимом — мы заметили бы, что ночное небо практически равномерно по яркости и черных пятен нет нигде.
Именно комбинация двух фактов:
отвечает за темноту ночного неба. На самом деле, единственная причина того, что мы хорошо приспособились видеть свет, заключается в том, что свет нашего солнца лежит в диапазоне тысяч градусов Кельвина, поэтому мы видим все, от чего он отражается. В каком-то смысле наши ограниченные органы чувств заставили нас исследовать Вселенную.