Космос и микромир. Вселенная через зум-объектив

Космический взор

Давайте начнем с самого обычного фотоснимка – мужик и дама, сфотографированные крупным планом с расстояния в пара метров. Позже представим себе тот же кадр, сделанный с понемногу возрастающего расстояния, которое любой раз делается на порядок больше прошлого. На втором снимке будет виден клочок травы, на которую они присели, на третьем станет ясно, что они находятся в парке, на четвертом в кадр попадут какие-то высокие здания, пятый продемонстрирует целый город, а следующий – часть земного горизонта, на котором четко видно, что он изгибается. Еще пара кадров – и мы возьмём прекрасное изображение, которое стало привычным с 1960-х гг.: вся Земля – с континентами, океанами и тучами, со своей атмосферой – думается просто покрытой ласковой глазурью, контрастирующей с бледными чертами Луны.

Еще три шага продемонстрируют внутренние планеты Нашей системы с Землей, обращающейся около Солнца по более широкой орбите, чем Меркурий и Венера, следующий кадр – всю Солнечную систему. Еще четыре кадра (вид из точки, отдаленной на пара св. лет) – и наше Солнце выглядит как одна из многих звезд. Еще через три кадра мы заметим миллиарды фактически неотличимых друг от друга звезд, собранных в плоском диске Млечного Пути, растянувшегося на десятки тысяч св. лет. Еще три шага разрешат заметить Млечный Путь как спиральную галактику, вместе с Туманностью Андромеды. Глядя с большего расстояния, мы заметим, что эти две галактики – только пара из сотен других – окраинные обитатели галактического Скопления Девы. Следующий ход продемонстрирует, что Скопление Девы – это всего лишь достаточно скромное скопление из многих других. Кроме того если бы наш мнимый объектив имел мощность Космического телескопа имени Хаббла, в последнем кадре с расстояния в пара миллиардов километров вся наша Галактика была бы трудноразличимым пятнышком света.

Тут наша серия снимков заканчивается. Дальше мы не можем расширять горизонт, но чтобы, начав с «человеческого» масштаба в пара метров, достигнуть границ обозримой вселенной, нам пригодилось 25 «скачков», любой на порядок больше прошлого.

Следующий ряд повышений будет направлен вовнутрь, а не вовне. С расстояния менее метра мы видим руку, с расстояния в пара сантиметров – так близко, когда мы можем наблюдать невооруженным глазом, – мелкий кусочек кожи. Следующий снимок разрешит нам проникнуть в узкую структуру людской кожи, а за ним – вовнутрь отдельной клетки (в людской теле клеток в много раза больше, чем звезд в нашей Галактике). Потом в пределах мощности сильного микроскопа мы попадем в королевство отдельных молекул – долгих, запутанных нитей протеинов и двойных спиралей ДНК.

Следующее приближение продемонстрирует нам отдельные атомы. Тут начинают проявляться квантовые эффекты: имеется предел отчетливости картины, которую мы можем взять. Ни один реально существующий микроскоп не имеет возможности проникнуть вовнутрь атома, где рой электронов окружает положительно заряженное ядро, но структуры в 100 раз меньше ядра атома возможно изучить, изучая, что происходит, в то время, когда в них врезаются другие частицы, ускоренные до скорости, приближенной к скорости света. Это самые мелкие детали, каковые мы можем измерить напрямую; однако мы подозреваем, что в глубинной структуре мироздания смогут лежать суперструны либо «квантовая пена», имеющие такие мелкие размеры, что чтобы до них добраться, потребуется еще 17 приближений.

Наши телескопы смогут посмотреть на расстояние, которое больше суперструны (самой маленькой подструктуры, предположительно существующей в атома) в количество раз, которое возможно выразить шестидесятизначным числом: чтобы получить изображение природного мира, нам потребуется приблизиться на нашем мнимом объективе на 60 шагов (из которых в настоящее время вероятны лишь 43). Из всех этих «кадров» наш простой опыт может включать самое большее девять – от самых мелких частиц размером приблизительно в миллиметр, каковые может видеть наш глаз, до расстояния, которое мы преодолеваем на протяжении перелета между континентами. Это подчеркивает что-то крайне важное и большое, но наряду с этим столь очевидное, что мы принимаем его как данность: наша Вселенная включает в себя большой диапазон расстояний и огромное разнообразие структур, каковые смогут быть намного больше и значительно меньше тех измерений, в которых мы проводим свою повседневную жизнь.