Більшості людей уявлення про Всесвіт як нескінченну вежу з черепах видається, мабуть, смішним, але чому кожен з нас гадає, ніби він розумніший за інших? Що ми знаємо про Всесвіт і як ми довідалися про це? Звідки взявся Всесвіт і куди він рухається? Чи має Всесвіт початок, і коли так, тоді що було перед ним? Яка природа часу? Чи настане часові кінець? Чи можемо ми подорожувати в минуле? Останні досягнення в галузі фізики, що їх почасти уможливили й незвичайні новітні технології, можуть дати відповіді на деякі питання, що здавна цікавлять нас. Коли-небудь ці відповіді, певно, здаватимуться нам очевидними, так само, як те, що Земля обертається навколо Сонця. А можливо, й безглуздими, як вежа з черепах. Це покаже тільки час (хоч би який він був).
Ще 340 року до н. е. грецький філософ Аристотель у своїй книжці «Про небо» навів два вагомі аргументи про те, що Земля — це кругла сфера, а не площина. По-перше, він зрозумів, що місяцеві затемнення спричинює Земля, коли опиняється між Сонцем і Місяцем. Тінь Землі на Місяці завжди кругла, а це можливо тільки в тому разі, якщо Земля кулястої форми. Якби Земля мала форму плоского диска, то тінь була б видовжена й еліптична, хіба що затемнення наставало б тільки тоді, коли Сонце стоїть точно над центром диска. По-друге, з досвіду своїх подорожей греки знали: Полярна зоря на небі в південних районах з’являється нижче, ніж у північних. (Полярна зоря повсякчас залишається над північним полюсом, тож світить там просто над спостерігачем, але спостерігачеві на екваторі видається, що вона — на горизонті). Оцінивши різницю у видимому розміщенні Полярної зорі в Єгипті й Греції, Аристотель навіть зумів обчислити, що довжина обводу Землі становить 400 000 стадій. Достеменно невідомо, яка завбільшки та стадія, проте вона приблизно дорівнює 200 ярдам, а отже Аристотелева оцінка майже вдвічі перевищує довжину, визнану тепер. Греки мали й третій аргумент, що Земля куляста: коли це не так, то чому ми спершу бачимо вітрила корабля над горизонтом, а вже згодом корпус?
Аристотель гадав, що Земля нерухома, а Сонце, Місяць, планети та зірки рухаються навколо неї по кругових орбітах. Відповідно до своїх містичних уявлень він уважав Землю за центр Всесвіту, а круговий рух — за найдосконаліший. Цю ідею в ІІ ст. до н. е. Птолемей розвинув у закінчену космологічну модель. Земля стоїть у центрі, її оточують вісім сфер, що несуть на собі Місяць, Сонце і п’ять планет, відомих на той час: Меркурій, Венеру, Марс, Юпітер і Сатурн (рис. 1.1). Самі ж планети рухаються меншими колами, пов’язаними з відповідними сферами. Цим можна пояснити їхні досить складні траєкторії, спостережувані на небі. Найвіддаленіша від центра сфера несла на собі так звані нерухомі зорі, які, залишаючись на тих самих місцях одна щодо одної, обертаються по небу всі разом. Що лежить за межами останньої сфери, не зовсім зрозуміло, але воно, безперечно, вже не належить до спостережуваного Всесвіту.
.
Модель Коперника допомогла позбутися Птолемеєвих небесних сфер, а заразом і думки, що Всесвіт має якусь природну межу. «Нерухомі зорі» не змінюють свого положення, коли не брати до уваги кругового руху по небу, пов’язаного з тим, що Земля обертається навколо своєї осі. Тож цілком природно було припустити, що вони подібні до нашого Сонця, тільки набагато віддаленіші.
Ньютон розумів, що, згідно з його теорією гравітації, зорі мають притягатися одна до одної, і тому, здавалося б, не можуть залишатися зовсім нерухомими. Чи не впадуть вони всі разом у якійсь точці? 1691 року в листі до Ричарда Бентлі, ще одного провідного мислителя того часу, Ньютон стверджував, що так і справді могло б статися, якби ми мали тільки скінченну кількість зір у скінченній частині простору. Але, розважав він, якщо кількість зір нескінченна і вони розподілені більш-менш рівномірно в нескінченному просторі, то цього не станеться, бо немає ніякої центральної точки, до якої вони могли б падати.
Цей аргумент — приклад того, як легко вскочити в пастку, говорячи про нескінченність. У нескінченному Всесвіті будь-яку точку можна вважати за центр, бо кількість зір з усіх боків довкола неї нескінченна. Правильніше було б, як це зрозуміли згодом, розглянути скінченну систему, де всі зорі падатимуть одна на одну, а тоді знайти відповідь, як усе змінюватиметься, коли до цієї системи додавати дедалі більше зір, розподілених приблизно рівномірно поза нею. Відповідно до закону Ньютона, додані зорі майже ніяк не вплинуть на початкові, отже вони падатимуть із тою самою швидкістю. І хоч скільки додати зір, вони, як і перше, падатимуть одна на одну. Тепер ми вже знаємо, що нескінченної статичної моделі Всесвіту, де гравітація завжди притягальна, бути не може.
6
Лат.