Эйнштейн всегда опирался на эксперименты и наблюдения. Многие эксперименты он и правда проделывал «мысленно» – и он и правда трудился больше десяти лет, – но при этом изучал новые математические методы и в процессе несколько раз заходил в теоретические тупики, и лишь после этого ему удалось создать теорию, отличавшуюся подлинной математической красотой. Однако главным условием для налаживания близких отношений с общей теорией относительности должны были стать наблюдения. За последние недели лихорадочной работы, когда Эйнштейн дорабатывал свою теорию, соперничая с немецким математиком Давидом Гильбертом, он на основании своих уравнений рассчитал прогноз для загадочного астрофизического явления – небольшой прецессии в перигелии (ближайшей к Солнцу точке) орбиты Меркурия.
Астрономы давно заметили, что орбита Меркурия немного отклоняется от траектории, которую предсказывают законы Ньютона. Она представляет собой не идеальный эллипс, замкнутый сам на себя, а отличается прецессией (то есть планета, совершив один оборот по орбите, возвращается не в ту же самую точку, а с каждым оборотом ориентация эллипса чуть-чуть сдвигается, и в результате получается траектория, напоминающая спираль). Величина этой прецессии ничтожно мала – около 43 угловых секунд (примерно одна сотая градуса) за сто лет.
Когда Эйнштейн рассчитал орбиту Меркурия на основе своей общей теории относительности, то получил именно это число. Как писал биограф Эйнштейна Абрахам Пайс: «Пожалуй, ни одно из событий в научной деятельности, да и в жизни, не потрясло Эйнштейна сильнее, чем это открытие (здесь и далее пер. В. и О. Мацарских)». Эйнштейн уверял, что «это открытие вызвало у него учащенное сердцебиение», как будто «внутри у него что-то оборвалось». Месяц спустя, когда он рассказывал об этой теории другу и называл ее несравненно прекрасной, было совершенно очевидно, что эта математическая модель доставляет ему много радости, но ни о каком сердцебиении уже не упоминалось.
Впрочем, довольно скоро очевидные противоречия между общей теорией относительности и данными наблюдений, которые указывали на то, что Вселенная статична, были улажены, хотя это и заставило Эйнштейна ввести в свою теорию поправку, которую он позднее называл своей величайшей ошибкой (но об этом позже). В наши дни уже все, кроме некоторых школьных учителей в США, знают, что Вселенная не статична – она расширяется, и началось это расширение примерно 13,72 миллиарда лет назад в момент Большого взрыва, когда она была очень плотной и горячей. Не менее важно и другое: теперь мы знаем, что наша Галактика – всего лишь одна из примерно 400 миллиардов галактик в наблюдаемой Вселенной. Мы как первые картографы – только начинаем составлять полную карту крупномасштабной структуры Вселенной. Неудивительно, что в последние десятилетия наша картина Вселенной претерпела революционные изменения.
Открытие, что Вселенная не статична, а расширяется, играет огромную роль и в философии, и в религии, поскольку предполагает, что у Вселенной было начало. А если начало – значит, акт творения, а идея акта творения всегда вызывает бурю эмоций. Хотя расширение Вселенной было открыто в 1929 году, потребовалось несколько десятков лет, чтобы независимо подтвердить его эмпирическими данными, однако уже в 1951 году папа Пий XII объявил это открытие доказательством Сотворения мира. Вот как он сказал:
По всей видимости, современная наука, сумев за единый миг заглянуть на многие века в прошлое, стала свидетельницей божественного мгновения – первичного «Fiat Lux» [Да будет свет!], когда одновременно с веществом из ничего вырвался целый океан света и излучения и химические элементы, сгорая и расщепляясь, создали миллионы галактик. И таким образом со всей конкретностью, свойственной физическим доказательствам, наука подтвердила, что Вселенная возникла обусловленно, и проследила ее существование в прошлое до той эпохи, когда мир вышел из рук Творца. Итак, мир был сотворен. А посему, говорим мы, Творец существует – а значит, Бог есть!
На самом деле все было немного интереснее. Первым предложил идею Большого взрыва бельгийский священник и физик по имени Жорж Леметр. Леметр был человек удивительно многогранный, прошедший извилистый профессиональный путь. Начал он исследования как инженер, во время Первой мировой прославился как артиллерист, а затем переключился на математику, параллельно готовясь к рукоположению – это было в начале двадцатых. Затем он увлекся космологией и сначала учился у знаменитого английского астрофизика сэра Артура Стэнли Эддингтона, впоследствии перебрался в Гарвард, а в конце концов получил вторую докторскую степень, по физике, в Массачусетском технологическом институте.
В 1927 году, перед тем как во второй раз получить степень доктора, Леметр решил уравнения общей теории относительности Эйнштейна и показал, что теория предсказывает нестатичную Вселенную, более того, из нее следует, что Вселенная, в которой мы живем, расширяется. Эта мысль показалась всем настолько возмутительной, что даже сам Эйнштейн ответил Леметру афоризмом «Математика у вас точна, зато физика отвратительна».
Леметра это, впрочем, не остановило, и в 1930 году он предположил, что на самом деле расширение Вселенной началось с крошечной точки, которую он назвал «первичным атомом», и что это начало – вероятно, это была аллюзия на сотворение мира – было «днем без вчера».
То есть гипотезу Большого взрыва, которую так славил папа Пий, первым предложил именно священник. Казалось бы, такое одобрение папы должно было порадовать Леметра – однако сам он уже отказался от мысли, что из этой научной теории можно сделать какие бы то ни было богословские выводы, и в конечном итоге убрал из черновика статьи 1931 года о Большом взрыве все намеки на сотворение мира. А в 1951 году даже публично возразил папе Пию на заявление о сотворении мира посредством Большого взрыва (не в последнюю очередь потому, что если бы его теория впоследствии оказалась опровергнута, это стало бы доводом против идеи о сотворении мира). К этому времени Леметр уже был избран в Папскую академию наук, а затем стал ее президентом. Как писал сам Леметр, «насколько я могу судить, подобная теория вообще не относится к вопросам религии и метафизики». Больше папа эту тему не поднимал.
История эта очень поучительна. По мнению Леметра, был Большой взрыв или нет, – это научный, а не богословский вопрос. Более того, если Большой взрыв действительно произошел (а в наши дни все свидетельствует о том, что так, бесспорно, и было), можно толковать это произвольно, по-разному, в зависимости от своих религиозно-метафизических предпочтений. Можно считать Большой взрыв намеком на Творца, если вам так нужно, а можно утверждать, что математика общей теории относительности объясняет эволюцию Вселенной до самого начала, обходясь безо всякого вмешательства того или иного божества. Однако подобная метафизическая спекуляция никак не зависит от физической обоснованности гипотезы Большого взрыва как таковой и не влияет на то, как мы ее понимаем. Разумеется, если пойти дальше простого существования расширяющейся Вселенной и попытаться понять, какие физические принципы имели отношение к ее зарождению, наука, скорее всего, прольет новый свет и на эту теорию – и проливает, как я покажу в дальнейшем.
Так или иначе, ни Леметр, ни папа Пий не убедили научное сообщество, что Вселенная действительно расширяется. Нет – как всегда бывает в добросовестных физических исследованиях, доказательство было получено благодаря тщательным наблюдениям, которые в данном случае провел Эдвин Хаббл, который и по сей день вселяет в меня веру в человечество, поскольку он начинал как юрист и лишь потом стал астрономом.
Хаббл совершил важнейший прорыв в астрофизике уже в 1925 году, когда он работал на стодюймовом телескопе Хокера в обсерватории Маунт-Вильсон. Тогда это был крупнейший в мире телескоп. (Для сравнения: теперь мы строим телескопы в десять с лишним раз больше в диаметре и в сто раз больше по площади!) До этого времени, с тогдашними телескопами, астрономы были способны лишь различать размытые пятна на месте тех объектов, которые нельзя было считать просто звездами из нашей Галактики. Они называли их «туманностями» – «nebulae»: в сущности, это латинское слово и означает «что-то размытое» (или просто «облако»). И велись дебаты о том, где находятся эти объекты – в нашей Галактике или за ее пределами.
Поскольку в те дни превалировало представление о Вселенной, в которой нет ничего, кроме нашей Галактики, большинство астрономов принадлежало к лагерю «в нашей Галактике», который возглавлял знаменитый гарвардский астроном Харлоу Шепли.
В школе Шепли проучился всего пять классов, а потом занимался самообразованием и в конце концов поступил в Принстон. Он решил изучать астрономию просто потому, что этот предмет стоял первым пунктом в учебном плане. В своих фундаментальных трудах он показал, что Млечный Путь гораздо больше, чем считали раньше, и что Солнце находится отнюдь не в центре галактики, а в ее захолустном, ничем не примечательном уголке. В астрономии Шепли обладал непререкаемым авторитетом, поэтому его воззрения о природе туманностей имели большой вес.
