Космос становится больше. Хаббл. Расширение Вселенной

Говоря «гомогенное распределение», мы хотим сказать, что плотность галактик одинакова в любой точке Вселенной; все точки пространства Вселенной в этом смысле равноправны.

Говоря «изотропное распределение», мы хотим сказать, что плотность галактик одинакова в любом направлении, которое мы наблюдаем; все направления эквивалентны. При этом можно доказать, что изотропия подразумевает гомогенность, но не наоборот. Гомогенность не подразумевает изотропии.

Однако одинаковая плотность галактик во всех точках Вселенной представляет собой огромную проблему. Нужно брать за точку отсчета очень крупные структуры, содержащие статистически большое количество галактик, а затем считать галактики в них. Основная трудность, особенно в те времена, состояла в том, что расстояния не были известны с абсолютной точностью,— это касалось в первую очередь галактик, для которых был неприменим метод цефеид. Для подтверждения гомогенности Вселенной требуется очень много наблюдений. Мы можем изучать статистическое распределение потоков туманностей, наблюдаемых здесь, на Земле. Функция статистического распределения — особая функция при гомогенной Вселенной. (Можно доказать, что количество галактик со звездной величиной m пропорционально 10 ^0,6m в случае гомогенности.)

Это очень важные проблемы, поскольку если мы можем оценить массу галактик, пусть и с определенной погрешностью, это означает, что мы можем рассчитать массу Вселенной. Но точный ответ на вопрос о массе Вселенной неизвестен до сих пор. Поведение Вселенной зависит от ее плотности. Но какова плотность Вселенной вокруг нас? Эта плотность одинакова в каждой ее точке?

Также нельзя забывать о проблеме затемнения, вызванного межгалактической пылью, которая не позволяет нам наблюдать галактики, расположенные под углом к плоскости симметрии Млечного Пути. Нужно было провести оценку в зонах рядом с галактическим Северным полюсом (наблюдения на Южном галактическом полюсе невозможны, потому что его можно рассмотреть только с помощью телескопов в Южном полушарии, а они не обладают необходимыми характеристиками для этого).

К сложностям наблюдения добавлялись и социальные проблемы. В США шла депрессия, Майал страдал от безденежья, с ним не хотели продлевать контракт, он мечтал стать Хабблом из Южного полушария, хотя не располагал телескопами необходимой мощности. И все же он продолжал наблюдения. У Майала с Хабблом складывались теплые и даже дружеские отношения: студент был искренним почитателем таланта своего наставника, а восхищаться Хабблом издалека было легче, чем работая с ним плечом к плечу.

В 1934 году вышла первая работа Хаббла «Распределение внегалактических туманностей». Она опиралась на огромное количество наблюдений, при этом основная нагрузка легла на плечи Хьюмансона и Майала. Хаббл отбросил сомнительные галактики и сконцентрировал внимание «всего» на 44 тысячах галактик. На основании этих статистических выкладок стал очевиден основной вывод: большая часть Вселенной, которую может наблюдать человечество, на самом деле гомогенна. Результат работы заслуживал восхищения. Возможно, он был сформулирован под влиянием древних философов, а также релятивистской теории. Быть может, Хаббл предполагал нечто подобное еще до начала исследований. Но начиная с этого момента можно было отбросить догадки и предположения. Вывод основывался на точных данных.

Итак, если плотность материи одинакова во всех точках Вселенной, чему она равна? Хаббл изложил расчеты, не прибегая к излишнему теоретизированию, в популяризаторском ключе: «грамм в объеме тысячи объемов Земли». Объем Земли равен 10²⁷см. Плотность, вычисленная Хабблом, была примерно равна 10³⁰ г/см³. Эта величина удивительно похожа на принятую сегодня для видимой массы критической Вселенной.

Альберт Эйнштейн решил на два месяца поехать в Пасадину, чтобы понять, над чем работали в Маунт-Вилсоне и Калтехе. Его сопровождала его вторая жена Эльза Эйнштейн, занимавшаяся расписанием ученого и защищавшая своего мужа от тысяч любопытных, желавших поглазеть на «самого умного человека в мире». Эйнштейну тогда был 51 год, Хабблу — 42.

Во время визита в Пасадину в 1931 году Эйнштейн был уже всеобщим любимцем из мира науки. Он был довольно остроумен, многие его высказывания становились афоризмами. Ученого постоянно приглашали в научные и культурные учреждения, и эти визиты собирали множество посетителей. Эйнштейну нравилась такая популярность. Он был не только одним из величайших ученых всех времен, но также отличался изобретательностью, любовью к импровизации и хорошей шутке. Конечно, такую популярность невозможно выносить 24 часа в сутки, поэтому Эльза планировала его расписание: встречи с публикой, приглашения, выступления, личная жизнь. Да, Эйнштейна любили, но оборотной стороной этого всеобщего восхищения была необходимость защищаться от любопытной толпы.

Эйнштейн смог полностью изменить основы физики, используя в качестве инструмента только собственную голову. Несомненно, он был звездой научных и общественных собраний, лакомой добычей для ненасытных фотографов и журналистов.

Этот необычный человек утверждал, что пространство и время зависят от наблюдателя, что энергия и масса — одно и то же, что ничто в мире не может перемещаться так же быстро, как свет, что пространство искривлено. Он перевел понятие гравитации в чисто геометрическую сферу. Он объяснил смещение перигелия Меркурия, описал отклонение света, испускаемого звездой, при прохождении его рядом с Солнцем, предсказал красное смещение света из гравитационного ноля и заложил основы понимания Вселенной.

Эйнштейн, представлявший теоретическую космологию, и Хаббл — лицо космологии наблюдательной — должны были встретиться. Чего можно было ожидать от этой встречи? Если задуматься, она вполне могла обернуться сущим кошмаром. Что может быть общего между Хабблом, проводившим астрономические наблюдения в военной форме, управлявшим телескопом по звуку сигнальной трубы, жившим по законам военного лагеря, и самым ироничным из антимилитаристов? Именно Эйнштейну принадлежат слова: 

«Тот, кто довольно марширует под музыку в строю, уже заслужил мое презрение. Мозгом он был наделен по ошибке, ему вполне было бы достаточно и спинного мозга». 

Как мог человек, на дух не переносивший военных, поладить с Хабблом? Конечно, приведенные выше слова относились к нацистам. Но все же один был пацифистом, а второй — добровольцем в двух войнах; один совершенно не придавал значения своей одежде и внешнему виду, а второй заказывал гардероб у английского портного... Они были полной противоположностью друг друга, как же они нашли понимание?

Хаббл был не только высоким, но и высокомерным. Он гордился своим ростом; Эйнштейн не понимал его английского, так что для бесед пришлось воспользоваться услугами переводчика.

Еще более серьезным препятствием, которое разделяло двух гениев непреодолимой интеллектуальной стеной, был тот факт, что Вселенная, описанная Эйнштейном, была статичной, а Вселенная, наблюдаемая Хабблом, — динамичной.

Словом, от этой встречи стоило бы ожидать шумного столкновения. Но великие ученые оказались выше своих предпочтений: они не только поняли друг друга — эта встреча стала решающей в истории науки.

К обсерватории подъехал автомобиль. На заднем сиденье Эйнштейн разместился посредине, Хаббл — справа, Адамс — слева. Они осмотрели солнечный телескоп, используемый для подтверждения теории относительности, и 100-дюймовый телескоп. Эйнштейн никогда не видел оборудования столь огромных размеров. Он живо заинтересовался всеми деталями, поднялся на лестницы, которые вели к разным платформам, сфотографировался с Хабблом и другими на карнизе, огибающем основание купола и устроенном для ремонтных работ, а Адамс только хватался за голову от ужаса: не дай бог, если с гостем произойдет несчастный случай.