Страница 7 из 11
В 1868 году еще один ученый обнаружил две новые линии поглощения в желтой части солнечного спектра, которые не соответствовали никаким известным на Земле элементам. Он решил, что это, наверное, след какого-то нового элемента, который он назвал «гелий». Спустя поколение гелий нашли и на Земле.
Изучение спектров излучения от других звезд – важный инструмент, позволяющий многое узнать об их составе, температуре и эволюции. Слайфер с 1912 года наблюдал спектры света, исходящего от различных спиральных галактик, и обнаружил, что они похожи на спектры ближайших звезд, с тем лишь исключением, что все линии поглощения сдвигаются на одну и ту же длину волны. К тому времени стало понятно, что это вызвано всем известным «эффектом Допплера»: он назван в честь австрийского физика Кристиана Допплера, который в 1842 году объяснил, что волны, идущие в твою сторону из движущегося источника, растягиваются, если источник удаляется от тебя, и сжимаются, если он приближается. С проявлением этого эффекта мы все прекрасно знакомы, и мне оно всегда напоминает карикатуру Сидни Харриса: два ковбоя в прерии глядят на проезжающий вдали поезд, и один говорит другому: «Ах, как я люблю слушать этот одинокий гудок паровоза, когда его частота меняется из-за эффекта Допплера!» И в самом деле, и гудок поезда, и сирена «Скорой Помощи» звучит выше, когда поезд или машина едут в твою сторону, и ниже, когда они удаляются.
Оказывается, то же самое происходит не только со звуковыми волнами, но и со световыми, только по несколько другим причинам. Световые волны из удаляющегося источника – причем он может удаляться как из-за локального движения во времени, так и из-за расширения пространства, разделяющего источник и наблюдателя, – растягиваются и поэтому кажутся краснее, поскольку красный цвет расположен на длинноволновом краю видимого спектра, а волны из приближающегося источника сжимаются и кажутся синее.
В 1912 году Слайфер заметил, что линии поглощения от света, исходящего от спиральных галактик, почти все систематически сдвинуты в сторону более длинных волн (но некоторые галактики, в том числе Андромеда, испускают свет, сдвинутый в сторону более коротких волн). И сделал совершенно правильный вывод, что большинство этих объектов удаляются от нас, причем со значительной скоростью.
Хаббл сумел сравнить свои данные о расстояниях до этих спиральных галактик, как мы их теперь называем, с данными Слайфера о скоростях, с которыми они разбегаются. В 1929 году, при содействии сотрудника обсерватории Маунт-Вильсон Милтона Хьюмасона (наделенного такими инженерными талантами, что его приняли на работу в обсерваторию, хотя у него не было даже аттестата о среднем образовании), он объявил об открытии примечательного эмпирического соотношения, которое теперь носит название «закон Хаббла»: существует линейная зависимость между скоростью удаления галактики и расстоянием до нее. То есть чем дальше от нас галактики, тем быстрее они разбегаются!
Когда впервые сталкиваешься с этим удивительным фактом – что почти все галактики удаляются от нас, а те, которые в два раза дальше, и движутся в два раза быстрее, а которые в три раза дальше – в три раза быстрее, вывод, казалось бы, напрашивается сам собой: мы – центр Вселенной!
Как говорят некоторые мои друзья, хорошо бы, чтобы лично мне кто-нибудь регулярно напоминал, что это не так. Просто это в точности совпадает с соотношением, которое предсказал Леметр. Наша Вселенная и правда расширяется.
Я пытался объяснить это разными способами и, честно говоря, думаю, что понятно все равно не получится, если не умеешь смотреть на все с другой точки зрения – с другой во вселенском масштабе. Чтобы увидеть, что следует из закона Хаббла, нужно скинуть шоры нашей галактики и взглянуть на Вселенную извне. Посмотреть снаружи на трехмерную Вселенную трудно, а на двумерную – уже проще. Ниже я нарисовал подобную расширяющуюся Вселенную в разные моменты времени. Видно, что на второй картинке галактики отстоят друг от друга дальше.
А теперь представьте себе, что вы живете в одной из галактик со второго рисунка – я отметил ее белым – в момент времени t2.
Чтобы увидеть, как будет выглядеть эволюция Вселенной с точки зрения этой галактики, я просто наложил правую картинку на левую, совместив черную галактику на обеих картинках.
Вуаля! С точки зрения этой галактики все остальные галактики удаляются от нее, а те, до которых в два раза дальше, удаляются в два раза быстрее, те, которые дальше в три раза, – в три раза быстрее и т. д. Если у Вселенной нет краев, обитателям галактики кажется, что центр расширения – именно они.
Какую именно галактику при этом выбрать, неважно. Возьмем другую галактику и повторим операцию:
А теперь все зависит от точки зрения: или каждая точка – центр Вселенной, или ни одна из них не центр Вселенной. Это неважно: закон Хаббла соответствует картине расширяющейся Вселенной.
Так вот, когда в 1929 году Хаббл и Хьюмасон опубликовали результаты своего анализа, то не только сообщили, что обнаружили линейную зависимость между расстоянием и скоростью разбегания, но и сделали количественную оценку темпа расширения. Вот те самые данные, которые они тогда представили:
Как видите, кажется, что мысль провести на графике с такой совокупностью данных прямую линию – это просто относительно удачная догадка Хаббла. Очевидно, что какая-то зависимость есть, но на основании одних только данных совершенно неясно, можно ли считать, что прямая линия и в самом деле лучше всего их описывает. Числа, которые получили Хаббл и Хьюмасон и которые отражены на графике, показывают, что галактика на расстоянии в миллион парсек от нас (3 миллиона световых лет) – а именно таково среднее расстояние между галактиками – удаляется от нас со скоростью 500 километров в секунду. Однако эту оценку удачной не назовешь.
Почему – более или менее понятно. Если в наши дни все разбегается в стороны, значит, в прошлом все было ближе друг к другу. А если на все действует сила притяжения, она должна была бы замедлять расширение Вселенной. Это значит, что галактика, которая, как мы наблюдаем сегодня, удаляется от нас со скоростью 500 километров в секунду, раньше должна была двигаться быстрее.
Но если мы допустим на секунду, что галактика и правда неслась с такой скоростью, можно посчитать все «в обратном порядке» и выяснить, как давно она занимала то же положение, что и наша Галактика. Поскольку галактики, расстояние до которых вдвое больше, движутся вдвое быстрее, то расчеты покажут, что они все окажутся там же, где и мы, в точности одновременно. И правда – вся наблюдаемая Вселенная была сосредоточена в одной точке в момент Большого взрыва, а когда именно, мы как раз и оцениваем.
Понятно, что такая оценка – это верхний предел возраста Вселенной, поскольку если галактики когда-то двигались быстрее, то оказались бы там, где находятся сейчас, скорее, чем показывает эта оценка.
Так вот, по оценкам на основании расчетов Хаббла Большой взрыв произошел примерно полтора миллиарда лет назад. Но даже в 1929 году уже накопилось достаточно данных, чтобы стало очевидно (всем, кроме разве что сектантов, буквально понимающих Священное Писание, – они еще сохранились в Теннеси, в Огайо и в нескольких других штатах), что Земля старше трех миллиардов лет.