Свет во тьме. Черные дыры, Вселенная и мы

Неудачи могут быть прорывными, и этот неудачный эксперимент стал одним из тех немногих, которые принято называть ключевыми, так как они направили развитие физики и астрономии по ее нынешнему пути. Дело в том, что совершенно неожиданный крах теории эфира обрушил всю систему взглядов и потому пришлось, отбросив старые модели, начать искать новые идеи. Лучшими из них оказались идеи молодого Альберта Эйнштейна [11], который был готов радикально все переосмыслить и создать новую теоретическую основу физики. Пока другие физики все еще пытались пробить головой стену, Эйнштейн стремительно ворвался в новую эру, в которой пространство и время больше не были абсолютными. Возникла смелая теория – теория относительности Эйнштейна, существенно изменившая веками доминировавшую концепцию мироздания.
Мальчик мечтает о Луне
Совершив достаточное количество оборотов вокруг Земли, мы можем начать следующую фазу протокола, составленного для полета нашей космической капсулы, и направить эту капсулу на Луну. Путешествие на Луну было древней мечтой человечества. 20 июля 1969 года Нил Армстронг ступил на ее поверхность, совершив, возможно, самый известный шаг, когда‐либо сделанный человеком, – и мечта стала реальностью. Даже спустя несколько лет я все еще ощущал значимость этого момента.
Жаркий летний день 1971 года в маленьком городке Штромбах в горном районе земли Северный Рейн-Вестфалия. До самого горизонта тянутся мягкие зеленые холмы и леса. В небольшом районе частных домов на улице играют и веселятся дети. Ведерки и лопатки, трехколесный велосипед с родительской ручкой для толкания и пара мячей – все, что им нужно для счастья. Взрослые сидят во дворе в шезлонгах и наблюдают за детьми.
Но один маленький пухлощекий мальчик не играет со сверстниками, а сидит в темной комнате и как завороженный смотрит на мерцающие размытые черно-белые картинки на экране большого лампового телевизора. Лунный модуль “Аполлона-15” “Фалькон” только что “прилунился” и передает свои изображения на Землю. После первых захватывающих и очень успешных космических полетов воодушевление взрослых членов семьи Фальке, вызванное посадками на Луну, довольно быстро испарилось.
И только мальчик никак не может оторваться от экрана. Ему всего четыре года, и он еще не имеет ни малейшего представления о размерах космоса или расстоянии, которое астронавты НАСА должны были преодолеть, чтобы добраться до Луны. Он даже вообразить себе не может, сколько энергии потребовал данный технологический прорыв и насколько значительным является это научное достижение. И все же где‐то в глубине души он чувствует, каким захватывающим и грандиозным является это смелое предприятие. Мальчик наслаждается каждой секундой космического приключения, и его воображение разыгрывается все больше. Что вообще в этом мире может быть неосуществимым, если человек смог ходить по Луне, прыгать на ее поверхности и даже управлять лунным вездеходом (а именно это и делали астронавты “Аполлона-15”)? Что еще предстоит открыть человечеству в бесконечно огромном небе?
Этим мальчиком, конечно же, был я. Тогда мы провели несколько дней в гостях у моей двоюродной бабушки Герды. Астронавты, отправившиеся под командованием Дэвида Скотта на Луну, казались мне в детстве героями из комиксов. Командир Скотт и член экипажа Джеймс Ирвин прилунились на модуле “Фалькон” очень близко к Апеннинам – одному из крупнейших лунных горных хребтов, – в то время как третий астронавт, Альфред Уорден, облетал Луну в командном модуле. Когда Скотт ступил на поверхность Луны, он произнес нечто глубоко человеческое: “Я вроде как понял, в чем состоит фундаментальная сущность нашей природы. Человек должен открывать новое!” “Да! – подумал я. – Это про меня”. И сегодня так можно сказать обо всех людях.
Как и многие дети, я хотел быть космонавтом, но позже (в основном интуитивно) пришел к пониманию, что на самом деле не создан для этого. Я был довольно разносторонне развит: умел работать в коллективе, был стрессоустойчивым и спортивным, разбирался в технике, был хорош в теоретической и экспериментальной работе. Но у меня легко начинали дрожать руки, и под давлением ситуации я допускал очень много ошибок. Годы спустя, на конференции по космическим путешествиям, мне довелось поговорить об этом с немецкими астронавтами Ульрихом Вальтером и Эрнстом Мессершмидом. Они оба знали себе цену, но при этом не были заносчивыми. “Нам, астронавтам, приходится без конца проходить отбор, и все показатели должны быть в норме”, – сказал мне один из них. В моем случае в норме были не все показатели. И все же моя мечта – подобраться ближе к Луне – никогда не умирала.
 
Чтобы долететь до Луны, космический корабль должен преодолеть расстояние от 356 000 до 407 000 километров – в зависимости от того, в какой именно части своей эллиптической орбиты она находится. Для большинства автомобилей это расстояние равно примерно их максимальному пробегу, а вот свету, чтобы его преодолеть, требуется всего около 1,3 секунды. Осознание того факта, что даже самые лучшие автомобили за свою жизнь способны проехать расстояние, ненамного превышающее световую секунду (важная астрономическая мера), здорово отрезвляет.
Скорость света – единственная во Вселенной по‐настоящему постоянная величина. Размеры космического пространства принято выражать в световых единицах, и световой год на самом деле является мерой длины, а не времени, как можно было бы предположить, исходя из слова “год”. И представление об истинных космических масштабах мы получаем, когда, говоря о расстояниях, оперируем иногда расстояниями, равными многим миллиардам световых лет. Так что для астрономов Луна не является нашим космическим двором – ни задним, ни передним: она от силы порог, который мы переступаем, готовясь к путешествию по Вселенной.
То, что нас с Луной разделяет расстояние, примерно равное одной световой секунде, также означает, что все то, что мы сейчас видим на Луне с Земли, случилось там секунду назад. Когда мы смотрим в космос, мы всегда видим его прошлое. В случае с Луной это немногим больше секунды, но в случае с галактиками, которые мы изучаем, мы наблюдаем события, произошедшие миллионы и миллиарды лет назад.
Свет всегда достигает нас “с задержкой” – небольшой задержкой, если источник света находится где‐то здесь, на Земле, и чрезвычайно большой, если свет идет к нам из глубин космоса. В результате мы никогда не можем точно знать, что происходит где‐то в другом месте в данный момент – ни во Вселенной, ни даже здесь, на Земле.
Между прочим, есть очень простой способ измерить и использовать задержку прихода света от Луны. Мой голландский коллега решил провести свою свадебную церемонию в диспетчерской радиотелескопа и с помощью радиоволн отправил на Луну брачный обет. Слова клятвы отразились от поверхности Луны и через 2,6 секунды вернулись в диспетчерскую. Это произошло так быстро, что невеста не успела сбежать, и брак официально зарегистрировали. Вероятно, это была первая в мире свадьба с участием Луны  [12].
По несколько менее торжественным поводам, а на самом деле – с чисто научными и технологическими целями мы сегодня регулярно стреляем лазерными лучами в Луну. Они отражаются от зеркал, которые были размещены там во время миссии “Аполлон” и теперь работают так же, как и тогда (вопреки заявлениям сторонников теории заговора, утверждающих, что НАСА никогда не сажала корабли на Луну). По задержке светового эха можно чрезвычайно точно измерить движение Луны и ее расстояние до нас, и мы можем проверить предсказания, сделанные в рамках общей теории относительности.
Еще мы можем заметить, что с каждым годом Луна становится на четыре сантиметра дальше от нас, а Земля немного замедляет свое вращение. Гравитационные силы привязывают Землю и Луну друг к другу, а приливные силы заставляют каждую из них несколько замедлять вращение другой. Ежегодно каждый лунный месяц и земной день увеличивают свою длину на крошечную долю секунды. Теоретически мы в результате стареем несколько медленнее, но и умираем немного раньше – если, конечно, наш возраст выражается в месяцах и днях. Четыре с половиной миллиарда лет назад в сутках было всего шесть часов [13] – для таких трудоголиков, как я, жизнь была бы непереносимой.