Помоги проекту - поделись книгой:
Я огляделся вокруг. Прожив на станции почти месяц, я все еще ощущал себя астронавтом, заброшенным на таинственную планету. Жизнь в 13 000 км от дома, на трехкилометровой толще снега, в зданиях, стоящих на сваях посреди бескрайнего ледяного поля, казалась сверхъестественной. Здесь, где все временны́е зоны Земли сходятся в одной точке, я совершенно потерял чувство времени. Слепящее солнце, никогда не сходящее с горизонта над сверкающим снежным царством, делало пребывание снаружи почти невыносимым. Даже в Сахаре летний день в конце концов сменяется сумерками. Но не здесь и не сейчас. И так месяц за месяцем.
В той самой точке, где Земля вращается на своей оси, мой мир сходил со своей. Я невольно задержал взгляд на красной аварийной кнопке, которой мы оборудовали массивную стойку телескопа. В нештатной ситуации нужно было нажать на эту кнопку, чтобы не позволить многотонной стальной махине раздавить незадачливого астронома, стоящего под ней. Мне вдруг отчаянно захотелось надавить на кнопку в тщетной надежде на то, что время остановится. Но здравый смысл возобладал.
Как ни странно, хотя станция была построена специально для проведения астрономических исследований, единственным небесным телом, которое, помимо Солнца, можно было наблюдать в небе на протяжении шести месяцев полярного дня, была Луна. Глядя на нее сквозь одно из толстых стекол обсерватории, я испытывал необычайное умиротворение. Ее знакомое лицо приветливо взирало на меня с неба совсем как в те времена, когда я был маленьким мальчиком. В отличие от неумолимого Солнца, Луна то нарастала, то убывала, меняя свое обличье и не позволяя мне утонуть в реке безвременья. Сколько лет прошло с тех пор, как Луна пробудила во мне интерес к космосу, неутолимое любопытство и жажду открытий! Именно из-за нее я был здесь. Из-за нее мы все были здесь.
Черт, я снова забыл выключить настольную лампу! Спросонья я шарил рукой по столу, пытаясь найти выключатель. И вдруг замер. Свет исходил не от лампы. Он лился с улицы. Я выглянул в окно. Это был не уличный фонарь и не автомобильные фары. Это была Луна, и она была не в одиночестве! Рядом с раздобревшей полной Луной, повисшей над самым горизонтом, сияла завораживающе яркая звезда. Что это за звезда, способная соперничать с Луной? Мне было 13 лет, и я никогда не видел ничего подобного.
Следующие несколько ночей я не спускал глаз с Луны и ее сверкающей спутницы, которые совершали неспешный тур по влажному небу Уэстчестера, каким оно бывает только в конце лета. Я был заинтригован. Всезнающий Google появится только через 14 лет. Единственным источником, где я мог получить информацию, был воскресный выпуск
Едва закончилась воскресная церковная служба, как я бросился покупать газету. То, что я там прочитал, стало для меня куда более мощным и волнующим откровением, чем любая проповедь, которые я, прислуживая в алтаре, сопровождал взмахами кадила. Оказалось, что увиденная мной «звезда» была вовсе не звездой, а планетой Юпитер! Неужели настоящую планету можно разглядеть без телескопа и не с космического корабля, невооруженным глазом? Что же тогда можно увидеть через телескоп?!
Теперь мне срочно требовался телескоп. Но наша семья жила бедно, и даже 79 долларов — столько стоила самая дешевая подзорная труба, которую мне удалось найти, — были для нас крупной суммой. Мне удалось устроиться разнорабочим на четыре часа в неделю в продуктовый магазин «Венецианские деликатесы» в Доббс-Ферри, где мне платили целых 3,35 доллара за час каторжного труда. По моим подсчетам, чтобы заработать на телескоп, мне понадобится шесть недель. Но к тому моменту лето останется далеко позади, начнутся занятия в школе, и ночные астрономические наблюдения придется отложить до следующих каникул.
К счастью, как и у многих других подающих надежды будущих ученых, у меня нашелся меценат — моя мать Барбара, которая своим щедрым грантом пополнила мои скудные накопления. Так что вскоре я стал настоящим астрономом с собственным пятисантиметровым телескопом-рефрактором. Теперь я с нетерпением ждал наступления ночи. Часами я наблюдал за Юпитером и его спутниками — четырьмя яркими точками, окружавшими короля планет подобно суетливой свите боксера-супертяжеловеса. Таким образом в моей жизни появилось целых пять лун вместо одной. Затем я увидел высокие горы и глубокие кратеры на Луне. Наконец, моему взору предстало бесконечное разнообразие разноцветных звезд и призрачных объектов «глубокого космоса», таких как туманности и галактики.
В то лето я стал небесным евангелистом, который с фанатичной страстью пытался убедить всех «просто посмотреть». Но мои попытки поделиться своим восторгом с окружающими редко увенчивались успехом. Кто-то проникался. Но большинство — нет. «А можно еще разок посмотреть на ту соседскую девушку?» Или, что еще хуже: «Ты имеешь в виду ту расплывчатую кляксу в небе? И это все?»
Когда мне требовалось произвести по-настоящему убойное впечатление, я призывал на помощь Сатурн. Даже у законченных игроманов отвисала челюсть, когда они видели величественного бледно-желтого гиганта, окруженного загадочными кольцами. К сожалению, Сатурн был виден лишь в определенное время года, а остальным небесным телам не хватало зрелищности, чтобы впечатлить непосвященных. Это было все равно что прививать любовь к музыке ученикам, которым медведь на ухо наступил. Мягко говоря, это было удручающе.
Почему никто не испытывал такого восторга перед этими небесными ландшафтами, как я? Конечно, телескоп для меня был не просто инструментом для астрономических наблюдений — он давал мне возможность абстрагироваться от домашних неурядиц, от постоянных ночных ссор между отчимом и матерью, главной причиной которых были деньги, вернее их отсутствие. Меня тревожил наш предстоящий переезд, который означал, что мне придется сменить четвертую школу за пять лет. Мой телескоп стал для меня машиной времени, порталом, через который я мог сбегать в иные миры.
Вскоре я понял, что мне недостаточно еженедельной порции астрономических знаний из воскресного выпуска
В справочнике содержались подробные сведения о каждой планете вместе с указаниями, когда и как лучше ее наблюдать. Кроме того, в нем были приведены описания планет, данные великим Галилео Галилеем — первым астрономом, которому пришло в голову направить подзорную трубу в небо. В конце концов астрономические наблюдения убедили Галилея в том, что учение Коперника верно: действительно, не Земля, а Солнце является центром Солнечной системы. Оказалось, что я неумышленно повторил тот же путь, по которому прошел Галилей четыре века назад: сначала увидел спутники Юпитера, потом кратеры на Луне, а затем кольца Сатурна. Разумеется, я счел это совпадение неслучайным, как и тот факт, что меня, как и его, поддерживали богатые венецианские покровители (в моем случае это были хозяева магазинчика «Венецианские деликатесы»).
Галилей стал моим первым кумиром. Я прочитал все, что написал он сам и что было написано о нем. Я хотел пройти его жизненный путь… Ну, за исключением разве что последних лет, когда по воле папы римского его держали под домашним арестом. Та история серьезно пошатнула мою веру — причудливый поворот на моем извилистом пути к религии. Позвольте мне объяснить.
Хотя оба моих биологических родителя были евреями, они были далеки от иудаизма. Мы никогда не ходили в синагогу и не отмечали религиозных праздников. Свиные отбивные были нашим любимым блюдом. Но потом родители развелись, и отец переехал в Калифорнию. А я остался жить с матерью и отчимом Рэем Китингом.
В отличие от нас, Рэй вырос в глубоко религиозной ирландской католической семье, где было девять детей, и все его родственники приняли нас с такой же теплотой и любовью, как если мы были урожденными членами их клана. Поэтому вскоре после того, как наша мать вышла за него замуж, мы — мать, мой старший брат Кевин и я — решили перейти в Римско-католическую церковь и прошли обряд крещения. А через год мой биологический отец дал Рэю разрешение усыновить Кевина и меня.
Мне сразу понравилось католичество. Меня пленили достоинство, торжественность и дух братства на воскресных службах. Я полюбил монсеньора Роберта Скелли, чья мудрость уступала разве что его чувству юмора. В 12 лет, когда еврейские мальчики начинают готовиться к церемонии бар-мицва, я стал алтарником в церкви. По воскресеньям я помогал отцу Скелли вести службу, гордясь тем, как красиво размахиваю кадилом и как ловко раскладываю причастные облатки на языки верующих. Я солгу, если скажу, что не получал удовольствия, докучая прижимистым прихожанам, которые пытались сделать вид, что не замечают моего ящика для сбора пожертвований.
Но в своих ранних экспериментах с католицизмом я был нерешителен. Помимо того, что я морально не чувствовал себя достойным стать священником, меня сильно беспокоила перспектива безбрачия. Я знал, что не готов быть отцом в католическом понимании слова.
Именно в это время я заразился астрономией и познакомился с Галилеем. Чем больше я учился, тем сильнее была моя жажда знаний. Вскоре я узнал достаточно, чтобы мои знания стали опасными. Прочитав о том, что католическая церковь обвинила Галилея в ереси и заставила «от чистого сердца и с непритворной верою отречься, проклясть и возненавидеть» свое учение о гелиоцентрической системе мира, я был глубоко удручен (особенно после того, как узнал, каким образом инквизиция добивалась таких «чистосердечных» отречений). Как мог Ватикан угрожать ему пытками только из-за его научных взглядов?
Даже в 1984 году, когда состоялось мое знакомство с Галилеем, через три с половиной столетия после позорного суда, он так и не был официально реабилитирован Церковью. Это переполнило мою чашу. Галилей стал для меня не просто примером для подражания, а божеством, разговаривавшим со мной через века. Его слова стали моим кредо: «Я не считаю должным верить в то, что тот же Бог, который одарил нас чувствами, разумом и пониманием, намеревался заставить нас отказаться от их использования, а знания, которые мы способны получить с их помощью, дать нам каким-то иным путем»{1}. Теперь я верил в науку, и только в науку. Вскоре я отказался от должности мальчика-алтарника. Мне не нужен был Отец на небесах; в конце концов, я прекрасно обходился без отца на Земле.
На протяжении следующих десяти лет я был убежденным атеистом и гордился этим. Наука была единственным, что имело для меня значение. Я хотел знать о природе все, что только возможно. Таким образом, в возрасте 17 лет я оказался на физическом факультете Университета Кейс Вестерн Резерв, а окончив его в 1993 году, отправился в Университет Брауна, чтобы получить докторскую степень в области экспериментальной космологии.
Хотя мы, космологи, и обладаем здоровым самомнением, наши научные эксперименты не подразумевают создания и разрушения вселенных. Мы изучаем космос с помощью новейших телескопов, которые сами же изобретаем и строим. Будучи аспирантом, я работал в лаборатории, где занимались созданием телескопов с использованием самых передовых технологий — сверхчувствительных датчиков, работающих при сверхнизких температурах. Я был в восторге. Мне платили (хотя и немного) за любимое дело — создание новейших телескопов, которые, возможно, позволят ответить на главный вопрос: как возникла наша Вселенная? Но меня мучил еще один вопрос: может ли простой аспирант внести вклад в действительно значимое научное открытие?
Вскоре выяснился ответ — «да». Через месяц после моего пребывания в Университете Брауна, были объявлены лауреаты Нобелевской премии по физике 1993 года. Половина премии досталась молодому астрофизику Расселу Алану Халсу. Будучи 23-летним аспирантом, он вместе со своим научным руководителем Джо Тейлором открыл новый тип пульсаров. Это был так называемый «двойной пульсар» — у космического радиомаяка, располагающегося в 24 000 световых лет от Земли, есть сосед. Орбита этой двойной системы постепенно уменьшается. Халс и Тейлор доказали, что характер этого уменьшения хорошо согласуется с темпами потери энергии, обусловленными испусканием объектами гравитационных волн, — в полном соответствии с тем, что Эйнштейн предсказал больше полувека назад. Мальчишка чуть старше меня сумел сделать столь значимое научное открытие! Я был воодушевлен и мечтал совершить нечто подобное.
Прошедшее несовершенное время
Каждый из нас хотя бы раз задавался вопросом: что, если бы я мог вернуться в прошлое? Что бы я сделал иначе, что изменил? И что, если бы это не улучшило, а
Над этими вопросами размышляли мы с коллегами по лаборатории, занимаясь охлаждением наших датчиков до сверхнизких температур. И хотя мы знали, что не можем вернуться назад в прошлое, теоретически время можно остановить, по крайней мере в микроскопическом масштабе. Для этого требуется создать условия, которых нет даже на Южном полюсе, а именно температуру, равную абсолютному нулю. То, что мы называем температурой объекта, определяется коллективным движением всех его атомов. Теоретически можно охладить атомы до такой степени, когда их движение полностью прекратится. Это происходит при абсолютном нуле по шкале Кельвина, что соответствует –273 °C (–460 °F). В таком состоянии атомы «впадают в анабиоз» — и время для них словно останавливается.
Некоторые утверждают, что время, как и температура, эмерджентное[6] явление, т. е. его можно толковать только в связи с движением. Когда я впервые узнал об абсолютном нуле, будучи начинающим аспирантом, то задался вопросом: возможно, у времени тоже было начало? Об эмерджентной природе температуры стало известно лишь тогда, когда появились криогенные технологии, позволяющие достигать максимально низких температур, так, может быть, и о времени мы узнаем больше, если изобретем нужную машину? К счастью, у нас, астрономов, уже есть такие устройства — телескопы. Несмотря на то что свет движется с чрезвычайно высокой скоростью, он не перемещается мгновенно, а преодолевает определенное расстояние за определенный отрезок времени. Следовательно, когда вы видите объект, находящийся от вас на большом расстоянии, вы видите его не таким, какой он есть «сейчас», а таким, каким он был, скажем, восемь минут назад, если это Солнце, или 13,82 млрд лет назад, если это космический микроволновый фон. Но даже реликтовое излучение не переносит нас в самое начало. Для этого нужен особый телескоп, способный видеть гравитационные волны. Каким образом? Вскоре я вам объясню. Если мы построим такой телескоп, то сможем заглянуть в начало начал, когда возникло само время, а быть может, еще дальше.
В общежитии Брауновского университета мы делили комнату с общительным иностранцем Томасом, приехавшим в Соединенные Штаты изучать театральное искусство. Но существовала и другая, более важная причина: он хотел быть поближе к своему биологическому отцу. Как и у меня, родители Томаса развелись, когда он был совсем ребенком. В студенческие годы он помирился с отцом, и между ними установились близкие отношения. Меня восхищало то, как они дружны, как подолгу разговаривают по телефону, как вместе проводят каникулы. Казалось, Томас искренне простил своему старику вполне обоснованные, на мой взгляд, обиды. «Знаешь, это как тяжелая ноша, — сказал он. — От тебя зависит, освободишься ты от нее или будешь тащить дальше». Однажды Томас, зная о моем прошлом, сказал: «Вот ты изучаешь рождение Вселенной… а сам не знаешь даже половины истории собственного рождения!»
Его слова поразили меня. Я прожил столько лет вдали от своего биологического отца, что убедил себя в том, что он мне вовсе не нужен. Но к 1994 году мое любопытство взяло верх. Я знал, что мой отец, Джим Акс, был профессором математики в Университете штата Нью-Йорк в Стоуни-Брук. Чтобы узнать, чем именно он занимался, я отправился в университетскую библиотеку. Наверное, он изучал что-то настолько непостижимое и нудное, думал я, что этим можно лечить от бессонницы.
Но меня ожидало одно из самых сильных потрясений в моей жизни. Его последние научные работы перед уходом в отставку были посвящены не математике, а физике, причем тем фундаментальным вопросам, которые интересовали меня больше всего: происхождению времени, поведению света, природе материи!{2} Оказалось, я не только пошел по стопам отца в выборе научной карьеры, но и каким-то образом унаследовал его интеллектуальные пристрастия.
Я понял, что Томас был прав. Я хотел заменить тот смутный образ, который сохранился у меня в памяти с семилетнего возраста, другой версией, посмотрев на отца глазами взрослого человека. Я даже не знал, жив ли он, но решил попытаться его найти.
В то время обе мои биологические бабушки жили во Флориде, недалеко друг от друга. Городок Санрайз был настоящей меккой (прощу прощения за невольный оксюморон) для еврейских бабушек. Поэтому я попросил свою мать узнать у ее матери Лилиан, не хочет ли мать отца, Эстер, поговорить со мной. Разумеется, эта новость быстро долетела до моего отца, и он сам позвонил мне в общежитие. Больше 15 лет я не слышал его голоса, но узнал мгновенно. «Это Джим Акс», — представился отец с характерным акцентом уроженца Бронкса.
Мы проговорили пару часов. Он повторно женился, жил в Лос-Анджелесе и, казалось, был счастлив, хотя я чувствовал, что воспоминания о разводе и брошенных детях по-прежнему доставляют ему боль. За прошедшие полтора десятилетия он часто думал о нас и винил себя в том, что пошел на поводу у нашей матери и разрешил нас усыновить. С его словами о матери я не согласился: она самый замечательный человек из всех, кого я знаю. Мы договорились с отцом поддерживать общение. Но, честно признаться, каждый раз, когда мы с ним встречались и даже просто говорили по телефону, меня раздирали противоречивые чувства.
Уйдя из университета, отец не бросил науку. Он переключился с математики на физику и занялся исследованием природы материи и энергии на субатомном уровне вместе со своим давним коллегой, профессором математики из Принстонского университета Саймоном Коченом. Отец невероятно гордился тем, что его родной сын изучает космологию и пытается найти ответы на фундаментальные вопросы мироздания, пусть даже сам он дал мне только гены и не растил меня. Вскоре после первого телефонного звонка мы с Кевином встретились с отцом. Мы общались легко, как ни в чем не бывало.
Следующие несколько лет мы, все трое, старались наверстать упущенное. Мне казалось, что между мной и отцом установились гораздо более близкие отношения, чем те, что обычно связывают 20-летних сыновей с их родителями. Отец объяснял это свежестью наших отношений: «Меня не было рядом, когда ты рос. А теперь я могу наслаждаться общением с тобой без всех этих подгузников и прочих детских прелестей». Все шесть лет, пока я в Брауне учился создавать телескопы, способные обнаружить следы рождения Вселенной, мы с отцом находили массу захватывающих тем для обсуждения. После того как в 1999 году я защитил диссертацию, он сказал: «Я рад твоим успехам. К сожалению, в них нет моей заслуги. Ты всем обязан своей матери». И добавил: «Но я горжусь тем, что в тебе мои гены, пусть даже всего половина». Благодаря нашему воссоединению у него появился второй шанс принять участие в моей жизни. И ни он, ни я не хотели упускать эту возможность.
В том же году я перебрался в Стэнфордский университет. Отчасти я выбрал Стэнфорд потому, что хотел работать под руководством талантливого молодого профессора физики Сары Чёрч. Ее лаборатория занималась разработкой новых микроволновых телескопов, предназначенных для наблюдения за далекими галактиками. Но у моего переезда на Запад была и другая причина: я хотел быть ближе к отцу.
Веет ветер свободы
Жизнь в Пало-Альто в 1999 году для постдока с мизерной зарплатой в 35 000 долларов, из которой вычитали кредит за обучение, прямо сказать, была несладкой. Мое настроение менялось обратно пропорционально индексу NASDAQ. Бум на фондовом рынке в конце 1990-х поднял цены на жилье до небес.
Единственная квартира, которую я мог себе позволить, находилась в нескольких световых годах от университетского кампуса, на главной ветке Калтрейна[7], соединяющей Кремниевую долину с деловым центром. Как раз напротив моих окон находилась «точка Х», где машинисты были обязаны давать 150-децибельный гудок, предупреждая потенциальных самоубийц о неотвратимом роке. Первый гудок раздавался в пять утра. Говорят, что именно наблюдение за движением поездов вдоль платформы вдохновило молодого Эйнштейна разработать новые концепции света, энергии и материи. К счастью, Эйнштейн не жил рядом с линией Калтрейн, иначе он никогда не придумал бы свое знаменитое
Хорошо, если мне удавалось поспать пять часов. Я был вымотан и подавлен. Конечно же, мой руководитель Сара обратила на это внимание. Иногда я засыпал прямо в лаборатории, и мне снился телескоп нового типа, способный заглянуть в самое далекое прошлое, вплоть до Большого взрыва и рождения нашей Вселенной. С Сарой своими идеями я не делился. У нее были собственные заботы — свои телескопы и испытательный срок перед постоянным контрактом. Я же после десяти лет университетской учебы жаждал самостоятельности: хотел работать над собственными идеями, решать собственные задачи, вести собственные астрономические исследования. Я хотел свободы.
Первые месяцы в Стэнфорде я был всецело поглощен недавно опубликованной работой под названием «Руководство по изучению поляризации» (Polarization Pursuers’ Guide), написанной космологами Эндрю Джаффе, Марком Каменковски и Лимином Вангом{3}. Как и «Полевой справочник звезд и планет» Пасачоффа 16 лет назад, это руководство стало моим священным писанием. Оно поразило меня: впервые я услышал о том, что существует возможность экспериментальным путем исследовать первые мгновения космической истории, этот таинственный этап рождения Вселенной, называемый инфляцией (обещаю, что в 7-й главе я расскажу о ней во всех подробностях).
Более того, эти три космолога утверждали, что увидеть, действительно ли инфляция имела место, можно с помощью небольшого телескопа. С таким же маленьким телескопом, как тот, что я разработал для своей докторской диссертации{4}. Я знал, что у небольших телескопов имеется масса преимуществ: они гораздо проще, дешевле и подчас даже эффективнее своих гигантских собратьев. Теперь же я узнал, что с помощью небольшого телескопа, улавливающего микроволны, а не излучение оптического диапазона, которое мы называем светом, как это делал телескоп Галилея, можно изучать инфляционный этап ничуть не хуже, чем с помощью огромного дорогостоящего телескопа. Это звучало слишком хорошо, чтобы быть правдой.
Однажды вечером, когда я сидел в лаборатории и, как обычно, мечтал о собственном телескопе, в дверь вошла Сара Чёрч. Она сказала мне, что недовольна ни моей работой, ни моим поведением, ни моей трудовой дисциплиной. Поэтому она меня увольняет. Моя карьера завершилась, едва успев начаться. У меня в голове проскользнула дурацкая мысль, что и в этом мы с Галилеем похожи: у обоих плохие отношения с Церковью[8]. Я не мог спорить с Сарой. Она была права. Те полгода, что я провел в Стэнфорде, мечтая о собственных проектах, мне следовало потратить на работу над
Было стыдно и горько. Я переехал на Запад, чтобы стать светилом науки, предметом гордости своего отца, а вместо этого мне придется впервые за 20 лет жить под его крышей, спать на его диване и выслушивать упреки мачехи в том, что им приходится кормить безработного. Казалось, что легче предстать перед судом Святой инквизиции…
Когда Сара ушла, мой взгляд упал на лабораторный журнал. На его обложке была секвойя — эмблема Стэнфордского университета, а под ней девиз:
До увольнения мне приходилось участвовать в чужих экспериментах. Теперь я мог сосредоточиться на собственных идеях. Но мне нужна была поддержка. Легко убедить себя в собственной незаурядности. Труднее склонить к этой мысли других. К счастью, наука была на моей стороне: не только я, но и некоторые именитые космологи считали, что исследовать начальный этап рождения космоса возможно экспериментальным путем. А для этого мне требовались три вещи: крутая команда, захватывающий проект и подходящее место для наблюдений.
Сара обеспечила мне щедрое выходное пособие. Некоторое время она продолжала денежные выплаты и познакомила меня со своим бывшим научным руководителем Эндрю Ланге, космологом-экспериментатором[9] из Калтеха. Спустя несколько недель после моего увольнения, в июне 2000 года, Сара позвонила мне и сказала, что Ланге будет выступать в Стэнфорде. Я был уверен, что это станет репетицией благодарственной речи будущего нобелевского лауреата.
Почему я так думал? В апреле 2000 года эксперимент BOOMERanG, осуществленный командой Ланге, привел к потрясающему открытию{5}. Телескоп, поднятый к верхней границе стратосферы с помощью гелиевого воздушного шара, зарегистрировал специфический паттерн в реликтовом излучении, который позволил определить возраст, состав и структуру Вселенной более точно, чем когда-либо прежде. На мой взгляд, этот эксперимент, возглавляемый талантливым и харизматичным научным руководителем, верной дорогой вел к Нобелевке. Можно сказать, что он позволил решить геометрическую задачу в буквальном смысле вселенского масштаба — измерить кривизну пространства Вселенной.
Зал Стэнфордского университета, где выступал Ланге, был забит до отказа. Прежде я никогда не встречал такого ученого — наполовину Стив Джобс, наполовину Тони Роббинс. Спокойный и уверенный в себе, он буквально загипнотизировал аудиторию, когда принялся рассуждать о будущих направлениях развития космологии. Свое выступление Ланге начал с захватывающего рассказа о том, как работали сверхчувствительные болометры (от греческого «измерители излучения»). Болометры — это приборы, измеряющие электромагнитное излучение, сначала превращая его в тепло, а потом, определяя рост температуры, преобразуя тепло в электрические сигналы. Паутинные болометры телескопа BOOMERanG (рис. 1) поглощали космическое микроволновое фоновое излучение с помощью мелкоячеистой сетки. Микроволны, как и световые волны, являются разновидностью электромагнитного излучения, только микроволны в несколько тысяч раз длиннее волн видимого света.
Идея конструкции болометров, описанных Ланге, была подсказана самой природой — величайшим изобретателем во Вселенной. Паук сводит к минимуму затраты биологической энергии, плетя паутину, которая способна ловить ровно столько мух, сколько ему необходимо для выживания. Он не плетет сплошное полотно, которое ловило бы всех насекомых подряд, — это требовало бы слишком больших биологических затрат. Но не плетет и слишком редкую паутину, сквозь которую свободно пролетали бы мухи. По словам Ланге, частота плетения паутины на их болометрах была идеально выверена для того, чтобы улавливать микроволны, порожденные Большим взрывом, средняя длина которых составляет около 2 мм. Ланге был гениальным рассказчиком. Аудитория слушала его затаив дыхание.
Благодаря собранным с помощью BOOMERanG данным космологи выяснили, что наша Вселенная — плоская. Это означает, что если нарисовать треугольник между тремя звездами, тремя галактиками или любыми другими внеземными объектами, то, независимо от размеров треугольника, сумма его внутренних углов всегда будет равна 180° — как у тех треугольников, которые древнегреческий математик Евклид рисовал на папирусе несколько тысячелетий назад. Это открытие было таким же революционным для современной науки, как доказательство Эратосфена, что Земля не плоская, в 200 году до н. э. В свою очередь, это открытие подтверждало теорию инфляции, согласно которой Вселенная должна быть плоской, поскольку первичное гиперрасширение пространства должно было полностью сгладить любую кривизну, какой бы значительной она ни была вначале. (Как именно инфляция разгладила громадную кривизну пространства-времени, я подробно расскажу в главе 7.)
Когда Ланге и его группа опубликовали свои поразительные результаты, космолог Майкл Тернер из Чикагского университета назвал это «днем, который изменил космологию»{6}. Хотя за шесть месяцев до этого группа, возглавляемая физиком из Принстонского университета Лайманом Пейджем, опубликовала данные, указывающие на те же выводы, многие ученые сочли результаты эксперимента BOOMERanG более убедительными, заявив, что они подтверждают теорию инфляции{7}. Однако Ланге сказал, что результаты их эксперимента на самом деле
После выступления Ланге согласился уделить мне несколько минут. Я так много слышал о нем, что казалось, будто хорошо с ним знаком. Ему было 42 года, в Калтех он пришел в 1993 году после стремительного взлета карьеры от новоиспеченного постдока в 1987 году до профессора Калифорнийского университета в Беркли. Калтех сделал все, чтобы переманить Ланге к себе, считая, что он продолжит свой взлет. BOOMERanG доказал, что они были правы. По слухам, Ланге был самым популярным профессором в Калтехе, и лекция, которую я только что услышал, полностью это подтверждала.
Ростом чуть выше 180 см, в оксфордской рубашке с двумя расстегнутыми пуговицами вместо общепринятой одной, Ланге напоминал мне рекламного агента 1950-х годов. Из-за его пристального, пронизывающего взгляда казалось, будто он всецело сосредоточен на мне, отчего слова застревали у меня в горле. Ланге поразил меня, когда сказал, что читал мою диссертацию и счел ее «сильной». Разумеется, я принял комплимент без всяких возражений. Потом он поинтересовался моими планами после Стэнфорда, словно не было никакого постыдного увольнения. «Почему бы вам не приехать в Пасадену? Мы бы могли кое-что обсудить», — сказал Ланге.
Через месяц я прибыл в Пасадену и остановился в захудалом мотеле в миле от фешенебельного кампуса Калтеха. Я нервно репетировал свою речь, понимая, что это мой единственный шанс произвести впечатление на величайшего шоумена в космологии. И вот решающий день настал: выступая перед Ланге и его группой, я описал им свой телескоп мечты, которым был одержим весь последний год. Это был инновационный телескоп, основанный на принципах, изложенных в «Руководстве по изучению поляризации», и способный заглянуть намного дальше в прошлое, чем BOOMERanG. Мимоходом я заметил, что, согласно «Руководству», небольшой телескоп может быть не менее эффективен, чем гораздо больший по размеру и, следовательно, более дорогой. Это было в духе того же рационально-минималистского подхода, который лежал в основе паутинных болометров телескопа BOOMERanG. Ланге был впечатлен и после моей презентации спросил, не хочу ли я присоединиться к его команде. Я сказал: «Да!», прежде чем он успел закончить предложение.
Два месяца спустя я начал работать над проектом, который впоследствии привел к созданию телескопа BICEP. Я знал, что у меня есть все шансы на успех, и решил добиться его во что бы то ни стало. Помимо меня в лаборатории Ланге работали еще шесть постдоков. С его энтузиазмом, славой и блестящим умом, а также с нашей фанатичной приверженностью космологии группа была силой, с которой приходилось считаться.
Ланге часто устраивал у себя дома вечеринки и явно наслаждался ролью старшего товарища. Вскоре мы с ним стали близкими друзьями. Частенько он делал наставления, которые называл «отеческими советами»: делился житейской мудростью в самых разных областях, от тонкостей научной карьеры до темы отцовства. Последнее, хотя и не было актуальным для меня на тот момент, производило глубокое впечатление. Ланге буквально боготворил своих трех сыновей. Его кабинет был музеем их детского творчества. Все полки были заставлены их школьными «научными проектами», среди которых ютились его собственные награды и детали настоящих ракет, которые он запускал в космос.
По понедельникам Ланге с восторгом рассказывал мне, чем они с сыновьями занимались в выходные: ночевали в палатке в горах, запустили модель ракеты в пустыне Мохаве и т. п. Было ясно, что сыновья для него всё, и это стало для меня воодушевляющим откровением: оказывается, можно быть одним из самых гениальных ученых в мире и при этом — хорошим отцом! Думаю, Ланге вряд ли догадывался, насколько я ценю общение с ним: я скрывал от него историю отношений со своим отцом.
И вот четыре года спустя, под руководством Эндрю, я оказался у самого основания планеты и на самой вершине научного мира. Мы построили телескоп BICEP, получили финансирование и были готовы начать эксперимент, о котором я мечтал много лет, — эксперимент, с помощью которого мы могли увидеть начало космоса и времени. Но потом, почти сразу же после того как я прибыл на Южный полюс, время остановилось.
«Сколько ему осталось?» — спросил я у брата. «Не знаю, — ответил он, — но тебе лучше вернуться как можно скорее». В этот момент коммуникационный спутник исчез за ледяным горизонтом и связь прервалась. Я был испуган и одинок.
Глядя на массивный сине-белый BICEP, я вспомнил свой маленький телескоп из детства. Только теперь мне пришло в голову, что, как и BICEP, тот был преломляющим телескопом, который использовал линзы для сбора и фокусировки света от удаленных объектов, и в этом смысле ничем не отличался от зрительной трубы, через которую Галилей разглядывал небо над Падуей несколько столетий назад. Всего за несколько дней до этого BICEP увидел «первый свет» (так называют первое официальное использование телескопа для астрономических наблюдений) — знаменательное событие для любого телескопа и его создателей. Приключение только начиналось. Но для меня оно закончилось.
Я вспомнил, как много всего изменилось с тех пор, как я купил свой первый телескоп. Тогда я не подозревал, как сложится моя жизнь. Я просто понял, что моей путеводной звездой будет наука, а не религия. В то время мы не общались с отцом. Сегодня же я не знаю, сколько минут общения нам с ним осталось.
Почитай отца твоего и мать твою, чтобы продлились дни твои на земле…
Хотя отец был атеистом, но любил эту пятую заповедь. Он часто цитировал ее, когда просил меня принести ему что-нибудь из холодильника. Отец поднимал палец в небо и шутливо грозил мне Божьей карой, если я его ослушаюсь. «Помни пятую заповедь, сын мой!» — грозно восклицал он, а я изображал притворный испуг.
Я начал изучать свои иудейские корни всего за несколько лет до экспедиции на Южный полюс. Чтобы разорвать негативный отеческий цикл, запущенный моим дедом и отцом, я принялся искать образцы для подражания — другие примеры отцов — всюду, где мог их найти. Я даже обратился к давно умершим людям, таким как библейские патриархи. Отец неохотно мирился с моим новообретенным интересом к вере, в которой я родился, скептически замечая: «Я не верю в Бога, но я верю в дьявола, потому что он заставил тебя поверить в Бога».
В подростковом возрасте, когда отношение Церкви к Галилею серьезно пошатнуло мою веру, я бы, возможно, с ним согласился. Но теперь, имея за плечами кое-какой жизненный опыт и мудрость, хотелось более методично изучить вопросы веры. Как ученый я считал, что каждое фактологическое утверждение может быть проверено с использованием инструментов экспериментальной науки. Почему изучение религии должно отличаться от исследования клеток или космоса? Священное Писание должно быть доступно для эмпирической проверки или по крайней мере для опровержения.
Для этого мне требовалось разработать эксперимент (оставалось только надеяться, что это не окажется пустой затеей!). Я начал думать о том, как можно проверить библейские утверждения с точки зрения науки. Разумеется, я был не первым, кто решил это сделать. Мне было известно о теологическом аргументе, известном как пари Паскаля.
Еще в XVII веке французский философ Блез Паскаль придумал свой знаменитый способ оценить два противоположных убеждения: Бог есть/Бога нет. Для каждой из двух возможностей Паскаль описал по два сценария и провел анализ издержек и преимуществ для каждого из четырех вариантов. Например, наказание для безбожника, если Бог есть, — вечные муки, что, пожалуй, хуже даже, чем последипломная учеба. Но Паскаль думал о минимизации страданий; ученого не интересовала фундаментальная истинность или ложность этих противоположных гипотез. Кроме того, его аргумент предполагал, что в случае существования Бога награда за покорность ожидает человека лишь после смерти. Но как протестировать эти две гипотезы здесь и сейчас?
И вот я решил взять конкретные библейские постулаты и постараться их опровергнуть. Если мне удастся это сделать, я покажу несостоятельность и самого Священного Писания. Но какую Божественную гипотезу взять? Тщательно изучив текст Библии, я понял, что только одна из десяти заповедей, а именно пятая заповедь, обещает непосредственное вознаграждение еще при земной жизни. Почему никто прежде не обратил на это внимания?
Поразительно, что книга, столь почитаемая (и оскорбляемая) за свои проклятия и моральные предписания, сама предлагает способ протестировать ее утверждения. Награда за соблюдение пятой заповеди — продление земной жизни — особенно привлекала меня как физика. Это было равносильно эйнштейновскому эффекту замедления времени, только применительно к реальной жизни. Но если замедление времени по Эйнштейну требовало ускорения, близкого к скорости света, то пятая заповедь давала мне возможность испытать мою неокрепшую веру: почитая своего отца, заботясь о нем, утешая до последних дней, можно экспериментально протестировать Библию. И я был уверен, что разоблачу обман.
Я позвонил Эндрю Ланге и рассказал ему о болезни отца. Он знал, как много значит для меня BICEP, но считал, что семья важнее любой науки. «Брайан, тебе нужно бросить все и поехать к отцу», — сказал он.
Я знал, что он прав. Но все-таки не мог избавиться от чувства горечи. Эта поездка на Южный полюс должна была стать самым большим приключением в моей жизни, путешествием к началу времен и — если бы наши поиски оказались успешными — дорогой к Нобелевской премии. Отец был уверен в успехе моего грандиозного предприятия.
Во всем этом была горькая ирония. Годами я вынашивал идею приподнять завесу тайны над происхождением Вселенной, тогда как моя собственная версия оставалось в целом загадкой. И вот в тот самый момент, когда мое «дитя» BICEP достигло зрелости, я был вынужден покинуть его ради человека, который бросил меня еще в детстве. В глубине души я знал, что в моей жизни еще будет много телескопов, а отец есть отец, несмотря на все его недостатки.
Итак, в декабре 2005 года мне пришлось прервать свою экспедицию на Южный полюс и вернуться на север. Впрочем, из того места, где я находился, все пути лежали на север. Нужно было просто следовать по невидимому меридиану, соединяющему меня с отцом, который сейчас умирал где-то там, за ледяным горизонтом.
Глава 3. Краткая история машин времени
Путешествие, которое мы с вами собираемся предпринять, ведет нас к началу Вселенной. Но чтение космического пролога требует особых очков, набора линз, и придумал их не кто иной, как великий Галилео Галилей, в одну из теплых июньских ночей 1609 года.
В ту ночь Галилей сделал то, чего никто никогда до него не делал: он смотрел в небо через зрительную трубу. Эту трубу он создал, прямо скажем, нечестным путем, совершив один из смертных грехов научного мира: плагиат. Некоторое время назад его друг Паоло Сарпи рассказал ему о новом изобретении одного голландского оптика, способном зрительно приближать удаленные объекты. Хотя Галилей никогда не видел этого голландского устройства, он не только сумел воспроизвести его конструкцию, но и значительно ее усовершенствовать. Вскоре его
Конструкция трубы была предельно проста: две стеклянные линзы внутри свинцовой трубки. Одна сторона каждой линзы была плоской. Другая сторона у одной из линз была выпуклой, как чечевица (на самом деле слово «линза» происходит от латинского слова
После той исторической июньской ночи Галилей продолжил дорабатывать свое устройство. Вскоре он добился 30-кратного увеличения, уменьшил оптические искажения и дополнил прибор регулируемой треногой, что было весьма полезно, поскольку труба стала гораздо больше и тяжелее. Голландская «зрительная труба» была всего лишь забавной вещицей. Усовершенствованная Галилеем, она превратилась в мощный научный инструмент — телескоп (от греческого «далеко смотрю»). Не чуждый ничему человеческому, Галилей быстро сообразил, что телескоп может сделать его богатым. У него было несколько незаконнорожденных детей и брошенных любовниц, которых приходилось содержать. Пока Галилей обладал монополией, он мог продать свою улучшенную подзорную трубу тому, кто предложит самую высокую цену, — желающих купить нашлось бы немало. Например, телескоп был бы чрезвычайно полезен в военном деле. С его помощью военные моряки могли обнаруживать вражеские флотилии, едва те появлялись на горизонте, таким образом исключая возможность внезапного нападения.
Прежде всего требовалось сохранить монополию. Галилей не доверял никому. Он бдительно охранял свое изобретение, пока не подготовился обнародовать его, и обратился за кредитом{1}. Развернув публичную кампанию в духе реалити-шоу Shark Tank[10], он в конце концов продал свой телескоп — точнее, несколько готовых телескопов — венецианскому дожу и сенату. Галилей также добился того, чтобы ему дали пожизненную профессуру в Пизанском университете и удвоили жалованье. (Как профессор, я искренне преклоняюсь перед деловой хваткой коллеги. Он не только мгновенно получил постоянную работу, но и удвоил свои вложения в бизнес.)
Разумеется, Галилей вошел в историю науки не своей молниеносной карьерой, которой особенно завидуют астрономы. Он первый открыл возможности телескопического зрения, и ему стали доступны любые плоды с древа познания. Представьте себе, что вы построили собственный Большой адронный коллайдер — самый мощный в мире ускоритель частиц. Согласен, это не входит в список желаний большинства нормальных людей. Тем не менее допустим, вы можете использовать его по своему усмотрению. С какой легкостью вы открыли бы все субатомные частицы, не боясь конкуренции со стороны других ученых!
Разумеется, даже лучшие инструменты в руках невежды ни на что не способны. К тому же для того, чтобы наилучшим образом распорядиться своим талантом и инструментами, нужны желание и страсть. Вот почему космологи учатся так долго: четыре года бакалавриата по физике плюс еще лет десять аспирантуры и работы после получения ученой степени. Мы жаждем знаний и мудрости, чтобы максимально реализовать возможности этих мощных инструментов, будь то телескопы, или суперкомпьютеры, или даже наши собственные мозги.
Ошибки, их было немного[11]
К счастью для науки, Галилей обладал не просто техническим талантом, его отличали необычайные любознательность, неутомимость и последовательность в работе. Он был первым физиком в истории человечества и первым, кто начал заниматься наблюдательной астрономией с помощью телескопа. Некоторые даже утверждают, что Галилей был первым настоящим ученым — первым, кто использовал научный метод, в том числе итеративный подход к сбору фактов и уточнению модели.
В отличие от Ньютона, который увлекался алхимией и другими сомнительными идеями, или Аристотеля, чьи «законы природы», по сути, все оказались неверны, научная репутация Галилея — одна из самых непогрешимых. Отчасти этим он обязан строгой самоцензуре: Галилей старался не распространяться о собственных ошибках. Он также был искусным селф-промоутером и никогда не упускал возможности заявить о приоритете своих открытий, особенно если те обещали принести деньги{2}. Духа состязательности ему было не занимать. Галилей был так озабочен тем, чтобы сохранить за собой пальму первенства, что намеренно скрывал свои открытия от главного конкурента — немецкого астронома Иоганна Кеплера, который первым из ученых правильно описал движение планет.
В своем революционном сочинении «Звездный вестник» (Sidereus Nuncius) Галилей писал с безграничной уверенностью: «Великим, конечно, является то, что сверх бесчисленного множества неподвижных звезд, которые природная способность позволяла нам видеть до сего дня, добавились и другие бесчисленные и открылись нашим глазам никогда еще до сих пор не виденные, которые числом более чем в десять раз превосходят старые и известные»{3}, [12]. Маэстро никогда не боялся раздвигать границы своих теорий. Как показало дальнейшее развитие событий, ему следовало быть осторожнее.
Тем не менее грандиозность его притязаний простительна. Помимо того что публичные заявления помогали Галилею утвердить собственный приоритет, он был вправе гордиться своими успехами, достигнутыми несмотря на существенное отставание астрономии того времени от других научных дисциплин. Надо сказать, что астрономии вообще не под силу конкурировать с другими экспериментальными науками. Даже современные астрономы не могут проводить настоящие научные эксперименты с изучением причинно-следственных связей — испытания, где используются переменные, которые можно произвольно менять, или контрольные параметры, которые можно поддерживать, изолируя влияние переменных факторов. Астрономы не могут создать в лаборатории черную дыру, потом изменить какие-то условия, посмотреть, что произойдет, и после этого сравнить результат с реальностью. Нам остается лишь вылавливать «обломки кораблекрушений», которые электромагнитные волны приносят из космоса к земным берегам, и тщательно изучать их с помощью наших телескопов.
Великие дебаты
До Галилея не было даже этого. Родившись из астрологии, предсказывающей будущее земных событий на основе небесных явлений (и никогда не стремившейся к научной доказательности), астрономия вынужденно довольствовалась ограниченными данными. Тем не менее эти первые астрономы проделали ценную работу: они накопили архивные данные, которые, оказавшись в руках Кеплера и Галилея, позволили тем пошатнуть господствующие догмы своей эпохи и положить начало так называемым Великим дебатам.
Великие дебаты — это многовековые споры о том, действительно ли человечество принадлежит привилегированному классу наблюдателей, оказавшихся в нужное время в нужном месте Вселенной. Все началось с заявления польского астронома Николая Коперника, что в центре Солнечной системы, которая в те времена считалась всей Вселенной, находится Солнце{4}. Тем самым Коперник низвел статус Земли от центра мироздания до скромной рядовой планеты, вращающейся вокруг Солнца среди пяти других планет. Его дерзкая теория была пощечиной Птолемею, астроному II века н. э., чья геоцентрическая модель мира, помещавшая Землю в центр Вселенной, незыблемо держалась вот уже больше тысячелетия. После смерти Птолемей обрел мощного сторонника — католическую церковь, согласно которой из текстов Священного Писания следует, что
В январе 1610 года Галилей сделал зарисовки Луны, после чего обратил внимание на два самых ярких странствующих тела в ночном небе — Венеру и Юпитер. (Само слово «планета» на древнегреческом означает «странник».) Увиденное изумило его. Телескоп позволил обнаружить, что с течением времени обе планеты меняют свой облик. В частности, Венера проходила те же фазы, что и Луна: узкий полумесяц, который Галилей увидел при первом наблюдении, несколько месяцев спустя превратился в круг. Такое изменение освещенности, пришел к выводу Галилей, возможно лишь при одном условии — если Венера вращается не вокруг Земли, а вокруг источника света, т. е. Солнца. Эта революционная идея полностью опровергала геоцентрическую модель Птолемея. Хотя Коперник высказал ее несколькими десятилетиями раньше, именно полученные Галилеем данные позволили перевести ее из разряда предположений в доказанный факт.
Но наиболее убедительные свидетельства в пользу теории Коперника дали наблюдения за вторым небесным странником — Юпитером. Следуя принципу, что один рисунок стоит тысячи слов, Галилей нарисовал первую в истории покадровую анимацию движения небесных тел (рис. 2).
Взгляд через телескоп обнаружил удивительную вещь: оказалось, что Юпитер обладает собственным микрокосмом, системой внутри системы. У него имелись свои странствующие вассалы: четыре крошечные светящиеся точки, которые Галилей счел звездами и подхалимски назвал в честь своих покровителей — братьев Медичи. Было совершенно очевидно, что эти четыре небесных тела вращаются вокруг Юпитера, а не Земли{5}. Он следил за движением «звезд Медичи» в течение нескольких дней в январе 1610 года и нарисовал немой черно-белый фильм, который стал настоящим блокбастером.
Поделиться книгой: