Страница 21 из 33
Сторонники релятивизма также не интерпретировали данную скорость как реальную. Хаббл не был готов понимать все связанные с его гипотезой теоретические сложности. Он осознавал, что его подготовка в области физики недостаточна, он всего лишь прекрасный наблюдатель. Хотя ученый не понимал и не хотел понять теорию относительности, он знал, что релятивизм трактует красное смещение как искажение метрических свойств, а поскольку он ничего не знал об этом явлении, оно вызывало у Хаббла недоверие. Он не хотел использовать эффект Доплера для объяснения z, поэтому все время добавлял к слову «скорость» прилагательное «кажущаяся». Действительно, современная космология не интерпретирует красное смещение галактик как реальное движение: галактики неподвижно закреплены на воображаемой сетке, которая вытягивается. Время-пространство могут не только искривляться, но и растягиваться.
Единицей измерения коэффициента пропорциональности (Н) был км/(сМпк). Он состоит сразу из двух единиц измерения расстояния — километра и мегапарсека, — поэтому его нельзя отнести к гомогенной системе единиц измерения. Если мы поставим одинаковые единицы для расстояний, то получим Н = 1,9 • 10 17с-1. Это необычный показатель, измеряющийся в секундах в минус первой степени, обратный времени. У нас сразу же появляется безудержное желание обнаружить обратное значение этого количества, и мы получаем 5,4 • 1016 секунды, что эквивалентно 2 миллиардам лет (сегодня данные величины можно скорректировать: обратная постоянной Хаббла равна примерно 14 миллиардам лет).
Что означает это время, которое сегодня называется временем Хаббла? Чтобы понять его приблизительное значение, представим, что мы прокручиваем время назад. Самые дальние галактики быстро приближаются к нам; самые ближние галактики приближаются к нам медленнее. Когда пройдет 14 миллиардов лет, все галактики соберутся в одной точке. Нам в голову сразу же приходит выражение Большой взрыв. И действительно, уже тогда ученые-релятивисты подошли к этой концепции, хотя термин Большой взрыв был введен британским астрофизиком Фредом Хойлом (1915-2001) значительно позже. Однако Хаббл не хотел разбираться в гипотезах, связанных с Большим взрывом.
Также любопытно, что в статье ни разу не упоминалось расширение и не было даже слова «Вселенная». Хаббл не хотел портить простой закон какими-либо теоретическими догадками. Он опасался, как бы не повторилась история с классификацией галактик, когда он говорил о «ранних» и «поздних» галактиках, увлеченный теориями своего друга Джинса.
Закон Хаббла был сформулирован для «настоящего момента». Несмотря на то что туманность могла находиться на расстоянии 30 миллионов световых лет и, соответственно, свет, который мы сегодня видим, был испущен 30 миллионов лет назад, мы можем сказать, что это практически настоящий момент по сравнению с 14 миллиардами лет, которые длится жизнь Вселенной. Мы наблюдаем прошлое и только прошлое, но это прошлое близко к настоящему. Если мы вслед за Хабблом захотим избежать интерпретаций красного смещения с помощью эффекта Доплера, нам придется написать:
z = (H0/c)r.
Красное смещение пропорционально расстоянию, однако z — то, что на самом деле измеряется. Приведенное выражение является наиболее объективной формулировкой закона Хаббла.
Нет, не является. В числе конфликтов, которые были у Хаббла с коллегами, нужно упомянуть и неприятный эпизод, когда Хаббл безосновательно разозлился на нидерландского теоретика Виллема де Ситтера (1872-1934), одного из наиболее известных релятивистов. Де Ситтер отправил Хабблу свою статью, опубликованную в известном журнале «Вестник астрономических институтов Нидерландов». В работе говорилось о том, что несколько астрономов упоминали возможное отношение между расстоянием и скоростью галактик. Хаббл сурово ответил де Ситтеру:
«Мы всегда понимали, что когда публикуется первоначальный результат и объявляется о начале программы по проверке данного результата... первичное обсуждение новых данных происходит среди тех, кто занимался реальной работой, это вопрос вежливости. Вы, вероятно, не согласны с этими этическими нормами?»
Де Ситтер не заслужил такой грубости, однако, желая примирения, он каким-то образом смягчил гнев Хаббла, потому что уже в следующем письме Эдвин признавал:
«Мистер Хьюмансон и я с пониманием относимся к Вашей интересной интерпретации статей о скоростях и отдаленности туманностей».
В любом случае это подтверждает тот факт, что необходимость появления закона Хаббла уже назрела, и он упал к ногам нашего героя, как созревший плод. Однако сам де Ситтер не заслужил обвинений, потому что еще 13 лет назад он с помощью теоретических методов предсказал линейную зависимость между расстояниями и скоростями. Теория и эксперимент, а в случае с астрофизикой — наблюдение, должны идти рядом или следовать непосредственно друг за другом, что позволяет достичь научного результата. В любом случае теория имеет не меньшее значение, чем практика. Именно теоретик де Ситтер сформулировал закон Хаббла, который можно было бы назвать законом де Ситтера или законом де Ситтера — Хаббла. Но Хаббл презирал теорию.
В данном случае именно она опередила наблюдение, и это стало происходить все чаще после того, как релятивизм превратился в эффективный механизм осмысления Вселенной. Кроме того, как мы скоро увидим, закон Хаббла требует минимальных теоретических знаний. Любой студент с небольшими познаниями в области механики потоков мог бы открыть его, в том числе используя ньютоновскую физику. И даже если считать, что впервые закон был сформулирован де Ситтером, он не единственный сделал это.
Рассмотрим же несмелые шаги, которые были сделаны перед тем, как Хаббл уверенно подхватил практически готовый закон. Мы уже говорили о том, каким образом Слайфер, вдохновленный своим наставником, миллионером-мечтателем Персивалем Лоуэллом, открыл высокие скорости спиральных галактик. Эти скорости всегда были положительными, за некоторыми исключениями, среди которых была Андромеда. Слайфер посчитал, что скорости связаны с движением Солнца и при измерениях в Южном полушарии можно будет обнаружить больше отрицательных скоростей. Но если Солнце движется к одной точке — апексу, — для проверки можно разделить движения, замеченные при перемещении Солнца относительно туманностей, и остаточное движение, вызванное расширением. Несколько авторов, в том числе Адамс, обнаружили чистое движение расширения. Можно сказать, что именно Слайфер открыл его.
Альберт Эйнштейн (1879-1955) сформулировал общую теорию относительности в 1915 году и через год представил свою первую статичную модель Вселенной. В том же году де Ситтер опубликовал в Ежемесячнике Королевского астрономического общества другую модель Вселенной, в которой не учитывалась плотность материи. Эта Вселенная не была статичной, она расширялась, основываясь на отношении расстояния и скорости, то есть на законе Хаббла. В этой модели было четко сказано, что «объектам на больших расстояниях должны соответствовать очень большие радиальные скорости». Отношение скоростей и расстояний должно было быть линейным, например v = Kr. Но в то время не существовало метода достоверного расчета расстояний. Немецкий ученый Карл Вильгельм Вирц (1876-1939) из обсерватории Страсбурга понял, что радиальные скорости растут по мере уменьшения спиральных галактик. Лундмарк определил отношение де Ситтера и высказал гипотезу: туманности имеют реальный размер, поэтому угловой размер обратно пропорционален расстоянию. Лундмарк пришел к выводу, что формула де Ситтера верна.
Развитие теории шло семимильными шагами. В 1920 году Александр Фридман (1888-1925) и через пару лет независимо от него Жорж Леметр (1894-1966) разработали модели Вселенной, очень похожие на современные. В этих моделях использовалось отношение v = Кг; хотя в этом случае зависимость была линейной только для не слишком удаленных астрономических объектов. Строго говоря, она была справедлива для сегодняшней Вселенной. Также были получены первые значения константы К, которая впоследствии была названа H0, постоянной Хаббла. Мы далее разберем теоретические модели, чтобы показать их связь с работой Хаббла.