Космос становится больше. Хаббл. Расширение Вселенной

Eduardo Battaner Lopez

Наука. Величайшие теории: выпуск 28: Космос становится больше. Хаббл. Расширение Вселенной

Наука. Величайшие теории Выпуск № 28, 2015 Еженедельное издание

© Eduardo Battaner Lopez, 2013 (текст)

© RBA Collecionablcs S.A., 2013

© ООО “Де Агостини”, 2014-2015

ISSN 2409-0069

Пер. с исп. — М.: Де Агостини, 2015. — 168 с.

Эдвин Хаббл получил высшее юридическое образование, но благодаря увлечению космологией стал одним из величайших астрономов XX века. Его работы расширили наши представления о космосе за пределами Млечного Пути: Хаббл обнаружил и классифицировал дальние галактики, а в 1929 году доказал, что Вселенная расширяется. Космический телескоп «Хаббл» продолжает составление карты Вселенной, так же как это делал в течение 30 лет сам американский астроном.

Введение

Что значит имя Эдвина Пауэлла Хаббла в истории науки, в частности астрономии? Пусть об этом расскажет он сам. В книге «Царство туманностей» (The Realm of the Nebulae, 1936) Хаббл подвел итог своей деятельности, перечислив четыре собственных достижения, которые стали значительным вкладом в астрономию.

— Классификация галактик.

— Доказательство существования так называемых островных вселенных — далеких галактик за пределами Млечного Пути (хотя сам Хаббл никогда не употреблял термина «галактика»), что кардинально изменило наши представления о размерах Вселенной.

— Закон Хаббла: галактики удаляются тем быстрее, чем дальше от нас они находятся.

— Однородность Вселенной.

В этой биографии мы поговорим о семье ученого, формировании его характера, образовании, о его англомании и любви к военному делу, личной жизни и дружбе — обо всем, что поможет нам лучше понять Хаббла как человека. Однако, бесспорно, в нашей книге найдется место описанию основных открытий исследователя, его взаимоотношений с коллегами.

Хотя галактики могут весьма отличаться по форме, основным преимуществом классификации Хаббла является ее простота. Она выделяет эллиптические, линзовидные и спиральные галактики, группируя их в последовательность, известную сегодня как Последовательность Хаббла. Эта классификация используется по сей день, несмотря на то что в ее основе лежит особая длина волны, относящейся к видимому спектру, и не учитывается основной компонент галактик — темная материя. Нельзя сказать, что эта классификация была разработана исключительно Хабблом, и даже при всей ее полезности она занимает не первое место в ряду других, поистине великих его открытий.

Доказательство существования островных вселенных, то есть галактик, или, как их называл сам ученый, внегалактических туманностей, имеет решающее значение для науки, поскольку позволяет оценить колоссальные размеры Вселенной. Если вселенная Кеплера соответствовала Солнечной системе, а вселенная Гершеля была равна нашей галактике, то во вселенной Хаббла наша галактика стала всего лишь маленькой точкой среди миллиардов других галактик.

Самое известное открытие Хаббла — закон, носящий его имя. Этот закон не только устанавливает факт расширения Вселенной, но и уточняет, что скорость удаления галактики пропорциональна расстоянию до нее. В этой фразе есть три ключевых слова: галактика, скорость и расстояние. Для понимания важности закона, предложенного Хабблом, нужно учитывать, что в годы, когда он начал свои исследования, отсутствовало точное понимание термина «галактика», а также еще не были разработаны способы определения расстояния до других галактик: все, что могли сделать ученые, — это измерить скорости некоторых спиральных галактик.

В биографиях ученых всегда привлекают внимание драматические эпизоды и необыкновенные происшествия. Философские и теологические рассуждения в них чередуются с информацией о научных открытиях. Однако Хаббл — представитель современного нам научного мира. Он прожил типичную для XX века жизнь и имел самые обычные привычки, хотя нельзя отрицать, что на личность ученого повлияли как обе мировые войны, так и международная слава и успех. Хаббла можно назвать профессиональным исследователем современности.

Его открытия оставили отпечаток на философии XX века, они повлияли на развитие понимания Вселенной, однако сам Хаббл практически не участвовал в споре, который сам же и развязал. Речь идет о теории Большого взрыва, которая вызвала противостояние, выходящее далеко за пределы астрономии и затрагивающее философию и теологию.

Как и у всех современных исследователей, работы Хаббла перекликаются с идеями других выдающихся ученых его времени. Он основывался на самых последних достижениях своих современников, и его труды, в свою очередь, становились отправной точкой для новых исследований и открытий. Конечно, это вызывает разногласия по поводу первенства того или иного ученого в получении важных результатов. Работы Хаббла можно назвать выдающимися для его времени, но при этом они являются плодом трудов многих людей.

Важно отметить связь между теорией и наблюдением. Можно сказать, что теоретики начала XX века находились на шаг впереди своих коллег-экспериментаторов. Незадолго до описываемых событий Эйнштейн предложил науке новый инструмент для понимания Вселенной — общую теорию относительности, и это позволило нескольким ученым — их было совсем немного — открыть новую страницу в истории науки. Хаббл, работа которого была связана с наблюдениями, познакомился с большинством этих ученых, и беседы с ними подтолкнули его к новым исследованиям. С тех пор развитие науки требует очень тесного взаимодействия коллег, и это зачастую делает практически невозможным определение первенства того или иного ученого, несмотря на точные даты публикаций в специализированных журналах.

В ту эпоху теоретическая наука развивалась в Европе, а экспериментальная — в Северной Америке. Великим ученым, работавшим на стыке этих направлений, часто приходилось пересекать Атлантику. Это путешествие занимало целых 11 дней, поскольку пассажирской авиации в то время не было, однако ученые понимали, что журнальных статей для успешной работы недостаточно. Необходимо видеть своих коллег, говорить с ними, слушать их. На подходе были важнейшие астрономические открытия, но перед тем как доверить их бумаге, исследователи должны были обменяться ощущениями и выслушать друг друга. После таких бесед физики, только что пересекшие океан, могли нарисовать пару закорючек на доске — и этого было достаточно для понимания.

Статична ли Вселенная, как это представлял Эйнштейн в своей первой космологической работе? Или она стационарна, но не статична, как предполагал британский астрофизик Фред Хойл? Был ли на самом деле Большой взрыв, а за ним — расширение, как думали Александр Фридман и Жорж Леметр? Происходит ли это расширение с ускорением, как считал де Ситтер? Конечна ли Вселенная? Какова ее пространственно- временная кривизна? Гомогенна ли Вселенная? Ответы на все эти вопросы дал огромный телескоп Маунт-Вилсона, за которым работал Хаббл. Да, сегодня у нас есть ответы на все эти глобальные и отчасти философские вопросы, и эти ответы оказались в определенном смысле сюрпризом. Кто из философов, наблюдавших за космологическим спором XX века, мог предсказать возможность Большого взрыва, нулевого отсчета, сотворения, как смог это сделать Фридман, или первичного атома, как писал Леметр?

Возможно, лучшим ответом на вопрос о том, как соотносятся теория и наблюдения, стала встреча Эйнштейна и Хаббла. Эйнштейн сразу понял, что измерения Хаббла противоречат его теоретической модели Вселенной, что настоящая Вселенная соответствует модели, которую он отбросил много лет назад, посчитав ее невероятной. Кто мог представить, что Вселенная расширяется, как это следовало из его первых уравнений? Как можно было предполагать подобное до того, как Весто Слайфер и Хаббл доказали это с помощью телескопа?