Страница 3 из 49
Но, проникая еще дальше в бесконечные просторы, человек откроет другие метагалактики, другие скопления материи, и так без конца…
Как упражнение к этому разделу давайте вместе, читатель, составим адрес жителя нашей планеты. Письмо пусть следует к нам из области вселенной, лежащей за пределами Метагалактики. Получателем письма пусть будет первая в солнечной системе женщина летчик-космонавт, имя которой вместе с именем Юрия Гагарина перешагнет, наверное, пределы солнечной системы.
Вот этот многоэтажный адрес.
Это и есть наша «точка стояния» в таинственной стране, имя которой — вселенная. Дальнейшее развитие науки будет ее уточнять и повышать многоэтажность нашего адреса.
Очерченный контур окружающего мира можно назвать «статическим». На самом деле это не так. Все галактики находятся в стремительном движении.
Говоря о галактиках, нельзя утаить одно из фундаментальных явлений вселенной — закон всеобщего разбегания галактик. Эта удивительная закономерность была открыта на основании эффекта Допплера. Вспомните традиционный рисунок из учебника физики. На платформе стоит одинокий пассажир. Мимо него мчится паровоз с огромной коптящей трубой. Из гудка вырывается облако пара. Пассажир слышит резкое понижение тона гудка при прохождении паровоза мимо него. Этот же эффект изменения частоты колебаний при движении источника справедлив и для световых волн.
Напомним опыт И. Ньютона. Обыкновенный белый свет, проходя через стеклянную призму, разлагается на отдельные цвета, составляющие спектр. Сильней всего преломляются красные лучи, слабее всего — фиолетовые. Между ними расположатся оранжевый, желтый, зеленый, голубой и синий цвета. При изучении спектра различных галактик был обнаружен потрясающий факт. Спектры оказались сдвинуты по отношению к земному в сторону красного цвета. Величина этого сдвига Δ не одинакова у различных галактик. Сдвиг не наблюдался только у нескольких самых близких к нам галактик.
После ожесточенных дискуссий и тщательных измерений было найдено объяснение: это проявление эффекта Допплера. Галактики удаляются от нас, и это понижает частоту излучаемых ими световых колебаний. Поэтому спектр сдвигается в красную сторону. Если бы они приближались к нам (об этой «страшной» перспективе мы поговорим позже), то спектры сдвигались бы в фиолетовую сторону.
Измерение величины Δ привело ко второму изумительному открытию. Чем больше расстояние r до галактики, тем больше смещен ее спектр в красную сторону.
Установлена прямая пропорциональность между расстоянием до галактики r и скоростью ее удаления v. Если одна из галактик находится от нас в 1000 раз дальше, чем другая, то и скорость ее удаления от нас в 1000 раз больше!
Следовательно, подсчет скорости удаления любой галактики элементарно прост. Надо лишь умножить расстояние между галактиками на некий постоянный для всех галактик коэффициент, и мы получим скорость их разбегания. Этот коэффициент, определение которого явилось очень сложной задачей и потребовало ряда существенных коррекций, обозначают через H — первая буква фамилии американского астронома Эдвина Хаббла (Hubble). Согласитесь, что это не слишком щедрая дань ученому, открывшему в 1929 году закон разбегания галактик. Поэтому лучше, когда H называют постоянной Хаббла.
Из закона разбегания галактик следует, что когда-то (когда именно, это зависит от значения постоянной Хаббла H) было начало этого разбегания.
По одной из самых ходовых гипотез, плазменное облако, породившее все наблюдаемые галактики с невероятно высокой температурой, плотностью и излучением, было некогда сосредоточено в относительно малом объеме (мы еще вернемся и к облаку и к этому «некогда»). Взрыв взрывов этого облака и дал наблюдаемое сегодня разбегание галактик.
Так эффект понижения тона гудка удаляющегося паровоза привел нас к одной из гипотез образования вселенной!
Попробуем определить момент этого исторического взрыва.
Не останавливаясь на очень любопытных методах определения постоянной Хаббла и истории ее измерения, приведем ее современное уточненное значение:
H = 75 км/сек мпс.
Здесь мпс сокращенное обозначение мегапарсека. Один парсек (пс) составляет почти 3,26 светового года, а один мегапарсек (мпс) равен 106 пс.
Это значит, что если взять, например, расстояния между галактиками r = 1 мпс, то скорость их удаления друг от друга составит:
V = Н · r = 75 км/сек.
Есть основания считать, что с момента взрывного образования галактик скорость V не претерпевала заметных изменений. Это дает ответ на вопрос: «Когда произошел взрыв?»
Он непосредственно следует из приведенного примера.
Две галактики разбежались друг от друга с момента взрыва на расстояние в один мегапарсек. Скорость их разбегания постоянна и равна 75 километрам в секунду. Разделив пройденный путь на скорость разбегания, мы получим время, в течение которого галактики разбегаются, — 15 миллиардов лет (15 · 109). Значит, взрыв произошел 15 · 109 лет тому назад.
До взрыва степень сжатия материи и ее температура достигали колоссальных значений. Это состояние материи получило название «горячей вселенной».
Вычисленное нами время существования Метагалактики — 15 · 109 лет — находит удивительное подтверждение на нашей планете. Процесс распада радиоактивного урана и превращения его в свинец является теми природными часами, которые могут отсчитывать такие колоссальные отрезки времени. Оценка содержания урана и свинца в минералах позволила оценить возраст Земли. Полученное число меньше, но того же порядка, что и возраст Метагалактики.
Бег галактик от земного наблюдателя отнюдь не значит, что мы занимаем какое-то центральное положение во вселенной, в Метагалактике. Это можно наглядно пояснить, надувая резиновый шар. Наблюдатель в любой точке на этом шаре будет видеть, что с повышением давления все остальные точки шара от него удаляются, и чем дальше они от него отстоят, тем быстрее удаляются.
Кроме рассмотренного общего движения галактик, каждая из них имеет еще свое индивидуальное: от нас, к нам и в любом другом направлении. Из-за этого некоторые близкие галактики приближаются к нам, а не удаляются. У них индивидуальная скорость, направленная к нам, больше скорости разбегания (которая на малых расстояниях мала). Так, туманность Андромеды приближается к нашей Галактике со скоростью 143 километра в секунду.
Почему явление взаимного удаления галактик так взбудораживает при первом знакомстве? Тут два фактора. Первый — мы знаем от наших далеких предков, что видимая нами картина неба практически та же, что и при постройке египетских пирамид или при битвах Спартака. Второй — скорость разбегания по земным масштабам велика, она в десятки раз больше скорости ракет, преодолевающих могучую силу земного тяготения. Это и создает замешательство — галактики быстро разбегаются, и тем не менее картина неба остается такой, какой была давным-давно! Ларчик открывается просто. Наше земное мышление не всегда управляется с потрясающими расстояниями в Метагалактике. На этой сверхгигантской арене разбегание галактик столь мизерно меняет расстояние между ними на малом интервале существования нашей цивилизации, что прошедший ряд поколений не имел возможности заметить эти изменения.