Примерно с такой головоломкой столкнулись Уотсон и Крик, пытавшиеся смоделировать структуру молекулы ДНК. Многие варианты казались возможными, но какой из них был верным? Когда они наконец решили эту задачу, получившаяся у них форма позволяла объяснить, каким образом хромосомы могут делиться, образуя самостоятельные, но при этом идентичные копии. Секрет был в том, что геометрически ДНК напоминает двойную спираль, которая может расплетаться на нити, а эти нити затем вновь сочетаются с комплементарными парами оснований – и получаются две одинаковые спирали. Точно так и в физике мы надеемся выявить микроскопическую геометрию дополнительных пространственных измерений, которая бы объясняла наблюдаемую физику. Сегодня над этой проблемой работает множество людей, следующих по пути, проторенному Калуцей и Клейном. Лиза Рэндалл и ее коллега Раман Сундрум исследовали, каким образом сильно искривленные дополнительные измерения могут объяснить крайнюю слабость гравитации по сравнению с остальными взаимодействиями. Если кому-то удастся найти такую версию M-теории, которая дает проверяемые прогнозы, согласующиеся с наблюдениями, то этот человек воплотит мечту Эйнштейна о теории Великого Объединения физики частиц и сравнится по авторитету с Ньютоном и Эйнштейном. Захватывающая перспектива.
Исследовав микроскопическую Вселенную, давайте теперь поговорим о макроскопической. Хотелось бы построить единую карту, на которой уместилась бы вся Вселенная; такая карта продемонстрировала бы нам интересные явления, заснятые космическим телескопом «Хаббл» с низкой околоземной орбиты, свойства Солнца и планет, звезд и галактик, далеких квазаров и космического микроволнового фона (реликтового излучения) – самых дальних горизонтов, которые мы способны увидеть. Проблема в том, что наша Галактика крошечная по сравнению с наблюдаемой частью Вселенной, а Солнечная система – микроскопическая точка в нашей Галактике. Следовательно, это непростая задача – уложить всю Вселенную на одной карте так, чтобы эта карта демонстрировала все, что нас интересует.
На рис. 22.2 показана карта (поперечное сечение) видимой части Вселенной, какой она представляется при взгляде с земного экватора. Земля находится в центре карты. Мы расположились в центре видимой части Вселенной, но не потому, что наша планета занимает какое-то особое положение, а потому (и это неудивительно), что мы находимся в центре той области, которая доступна нам для наблюдений. Аналогично, если подняться на крышу Эмпайр-Стейт-Билдинг, то перед вами будет расстилаться область, ограниченная горизонтом, и в центре этой области окажется здание Эмпайр-Стейт-Билдинг. С верхней обзорной площадки Эйфелевой башни вы увидите круглую область, в центре которой будет находиться Эйфелева башня. На приведенной здесь карте видимой части Вселенной самый далекий феномен, доступный для наблюдения, – это реликтовое излучение, рассредоточенное по окружности видимой части Вселенной (наблюдавшееся спутником WMAP). В пределах этого круга в виде точек показаны 126 594 объекта – это галактики и квазары из Слоановского цифрового обзора неба. Две веероподобные области, усеянные точками, – это поперечные сечения зон, охваченных обзором. Пустые «лопасти» – это зоны, не охваченные обзором. На картинке заметна Великая Стена Слоана, о которой шла речь в главе 15. Квазары удалены от нас сильнее, чем галактики. Наш Млечный Путь – лишь точка в центре картинки, а расположение ближайших звезд и планет на этом изображении просто не просматривается, настолько они микроскопические.
Та карта, которую мы действительно хотим начертить, может напоминать знаменитую обложку журнала New Yorker, выполненную Солом Стейнбергом, которая называется «Взгляд на мир с 9-й авеню». Здесь показана картина мироздания с точки зрения нью-йоркца. На переднем плане возвышаются манхэттенские здания. Река Гудзон маленькая, а «Джерси» – просто полоска с противоположной стороны картинки.
Рис. 22.2. Экваториальное поперечное сечение видимой части Вселенной. Мы находимся в центре той области, которую можем наблюдать. Все точки соответствуют галактикам (зеленые) или квазарам (оранжевые), при этом их красное смещение измерено при помощи телескопа «Слоановский цифровой обзор неба». Центральная часть этой схемы уже встречалась нам ранее, она показана на рис. 15.4. По периметру наблюдаемой части Вселенной находится космический микроволновый фон. Иллюстрация сделана по материалам статьи J. Richard Gott, Robert J. Vanderbei, Sizing Up the Universe, National Geographic, 2011
Средний Восток ужат так, что по ширине он сравним с рекой Гудзон, а Тихий океан – еще одна узкая полоса, где-то вдали ограниченная Азией. Вещи, важные для нью-йоркца, показаны крупным планом, а более отдаленные регионы нарисованы крошечными. Именно в таком ракурсе мы хотели бы построить карту всей видимой части Вселенной. Требуется, чтобы важные для нас тела из Солнечной системы выглядели сравнительно крупными, а более отдаленные объекты – уменьшенными.
В 1970-е годы, когда я учился в аспирантуре, я разработал картографическую проекцию именно для этой цели. Я годами вычерчивал ее в разных вариантах, в 1990-е годы сделал карманную версию.
Получилась конформная карта нашей Вселенной. Конформная означает, что в локальном масштабе очертания элементов на такой карте сохраняются, как и на карте Земли в проекции Меркатора. Исландия на карте Меркатора изображена не менее точно, чем Куба. Локальные регионы показаны с сохранением истинной формы, не растянуты, не ужаты ни в одном направлении. Вот почему проекция Меркатора используется на картах Google Maps. Если увеличить небольшой регион для детального рассмотрения, то все контуры на этом участке останутся верными. Но размеры искажаются: Гренландия в проекции Меркатора кажется почти такой же большой, как Южная Америка, но в реальности Южная Америка примерно в 8 раз крупнее Гренландии. Моя карта построена по схожему принципу – чем дальше объект расположен от Земли, тем меньше его масштаб, но все контуры верные.
Мы с Марио Юричем составили в 2003 году большую профессиональную версию этой карты, и она попала на страницы New Scientist и The New York Times, разошлась тиражом 1,5 миллиона экземпляров. В 2005 году ее напечатали в Astrophysical Journal. Газета Los Angeles Times сравнила ее с проекцией Меркатора и вавилонскими картами и охарактеризовала как «пожалуй, самую умопомрачительную карту современности». Мы с Бобом Вандербеем сделали полноцветную крупномасштабную версию карты (в этой книге ее пришлось разделить по вертикали на три части и разместить на трех страницах). Поверните книгу на 90° – и тогда верхняя, нижняя, правая и левая стороны карты расположатся правильно.
Слева направо на 360° разворачивается панорама, открывающаяся с экватора Земли. По горизонтали откладывается долгота небесной сферы. По вертикали – расстояние от Земли, и каждое большое деление означает, что в этой точке расстояние от Земли увеличивается вдесятеро. Объекты, отнесенные в 10 раз дальше, показаны в масштабе 1/10, и так далее. Чем дальше объект –
