Виктор Вайскопф - Наука и удивительное [Как человек понимает природу]

Поэтому смещение частоты света от отдаленных галактик можно истолковать как доказательство того, что они удаляются от нас. Скорость этого движения оказалась пропорциональной расстоянию до галактики. Движение ближайшей галактики, например туманности Андромеды, почти невозможно обнаружить, но галактики, отстоящие от нас примерно на 100 миллионов световых лет, удаляются со скоростью около 3000 км/сек . Численная величина этой скорости, выраженная в километрах в секунду, примерно в 30 раз больше расстояния, выраженного в миллионах световых лет. Такая связь между скоростью и расстоянием была впервые найдена американским астрономом Хабблом в 1929 г. В настоящее время наиболее сильные телескопы позволяют различать галактики, удаленные на 3 миллиарда световых лет. Они удаляются от нас со скоростью 90 000 км/сек , что составляет почти треть от скорости света.

Расширение мира галактик указывает нам предел, до которого мы можем их увидеть. Мы можем создавать все более и более мощные телескопы, пытаясь наблюдать все более удаленные галактики, но последние будут убегать от нас со скоростью, все более приближающейся к скорости света. Если объект удаляется от нас со скоростью, близкой к скорости света, его излучение будет казаться ослабленным; чем ближе его скорость к световой, тем меньше будет его яркость, тем менее заметным он станет.

Причину этого легко понять, сравнивая свет, испущенный источником, с пулями, вылетающими из ружья во всех направлениях. Очевидно, что число поражений дели окажется очень небольшим, если ружье будет удаляться от нее со скоростью, близкой к скорости пуль [7] Этот пример может привести к ошибочному выводу, что свет, испущенный в направлении, противоположном движению удаляющегося источника, Имеет меньшую скорость, чем в случае покоящегося источника. Конечно, пули, вылетающие из удаляющегося ружья, приходят к нам с меньшей скоростью, чем пули из покоящегося. Свет всегда распространяется с одной и той же скоростью (300 000 км/сек ), независимо от того, испущен ли он покоящимся или движущимся источником. Поведение света управляется законами теории относительности, которая в этой книге не рассматривается. Однако следствие, выведенное из нашего примера, все же остается в силе: ослабление света происходит не за счет уменьшения скорости, а за счет потери интенсивности. Она обращается в нуль при удалении источника со скоростью света. ( Прим. перев .). .

Поэтому если даже и существует гораздо больше галактик, удаленных на расстояние, превышающее 10 миллиардов световых лет (расстояние, на котором соотношение Хаббла дает скорость удаления, равную скорости света), даже если их и бесконечно много, нам не удастся видеть их; они удаляются от нас настолько быстро, что их свет никогда не сможет достичь нас.

Вселенная, в которой расстояния между галактиками увеличиваются, ставит перед нами интересный вопрос. Пусть имеется бесконечное число галактик, рассеянных по бесконечному пространству. Но мы можем увидеть только те из них, которые удаляются от нас со скоростью, заметно меньшей скорости света. Поэтому имеется только конечное число галактик, свет которых может достичь нас.

Хотя на самом деле Вселенная и может быть бесконечной, для нас она конечна. Мы можем изучать только ту ее часть, которая посылает достигающие нас световые сигналы.

Замечательно, что астрономические приборы, которыми мы располагаем теперь, такие, как телескоп обсерватории Маунт-Паломар (рис. 7), уже способны проникать на расстояния, для которых скорость удаления равна 1/3 скорости света.

Рис. 7. Маунт-Паломарская обсерватория .

Это ненамного меньше наибольшего расстояния, на котором мы вообще еще можем увидеть какой-либо объект. Если нам удастся проникнуть во Вселенную только втрое дальше, то мы охватим всю ее видимую часть. Мы являемся свидетелями великого события в истории человечества, сравнимого с первым кругосветным путешествием Магеллана в 1520 г. Путь Магеллана охватил всю Землю, и таким образом были установлены пределы путешествий на ней. Теперь мы можем определить пределы проникновения в мировое пространство. Мы начинаем наблюдать последние объекты, которые еще можно увидеть.

Подытожим теперь то, что мы узнали о размерах объектов. Для этого пройдем по одной ступеньке всю «лестницу расстояний», начиная с наименьшего расстояния, еще воспринимаемого невооруженным глазом, и восходя к звездам.

Наименьшее расстояние, или размер, который мы можем различить, приблизительно равно одной десятой миллиметра. Это — толщина волоса. Следующая ступенька на нашей лестнице характеризует размеры нашего собственного тела, например расстояние от глаза до конца руки — кончиков пальцев, — оно в 10 000 раз больше первого, т. е. составляет около одного метра. Расстояние до ясно видимых гор на горизонте еще в 10 000 раз больше — 10 км . Следующая ступенька — диаметр Земли, она примерно в 1000 раз больше — 12 000 км . Расстояние от Земли до Солнца снова в 10 000 раз больше — 160 миллионов километров. Следующая ступенька расстояние до ближайших звезд. На этот раз ступенька больше примерно в 1000 000 раз, и мы получаем 10 14 км , или 10 световых лет. Следующая — размер нашей Галактики — опять в 10 тысяч раз больше предыдущей, а именно 10 5световых лет. Затем следует ступенька, которая больше только на множитель, заключенный между 10 и 100; она приводит нас к расстояниям до соседних галактик, нескольким миллионам световых лет. Последняя ступенька, получаемая умножением на 10 000,— расстояние до наиболее удаленных объектов, которые вообще еще можно увидеть, или то, что мы называем радиусом доступной Вселенной. По лучшим современным оценкам это расстояние порядка 10 миллиардов световых лет.

Теперь мы пришли к концу «лестницы расстояний». Каждый шаг приводил к большим расстояниям. В большинстве случаев мы получали возрастание в 10 000 раз. Такой шаг легко воспринимается нами; он становится наглядным, если мы вспомним, что длина руки человека в 10 000 раз больше толщины волоса, а рост человека примерно во столько же раз меньше расстояния в 10 км . Даже множитель в один миллион, который определяет расстояние до ближайшей звезды по сравнению с расстоянием от Земли до Солнца, можно сделать наглядным: расстояние Сириус — Земля настолько же больше расстояния Солнце — Земля, во сколько длина 100 м больше толщины волоса. Однако наше воображение изменяет нам, когда мы пытаемся охватить всю «лестницу расстояний». Огромные размеры всей видимой Вселенной слишком велики, чтобы представить их какими-либо земными размерами. Тем величественнее достижения человеческого разума, создавшего такие понятия и представления, которые позволили постичь колоссальные размеры Вселенной. Французский философ Блез Паскаль сказал: «Не огромность мира звезд вызывает восхищение, а человек, который измерил его».