Приямвада Натараджан - Карта Вселенной [Главные идеи, которые объясняют устройство космоса]

Не так легко было выявлять и изучать цефеиды, если они находились за пределами 5 млн световых лет, даже несмотря на беспрецедентную чувствительность 100-дюймового телескопа. Хаббл вырвался вперед, применяя классы некоторых из самых ярких звезд — классы О и В — в качестве эталонных единиц силы света (стандартных свечей). При наличии данной методологии и лучшего возможного оборудования под рукой он постепенно обратил внимание на туманности Слайфера, удаляющиеся от нас. Хотя у Хаббла был доступ к данным Слайфера, он не был знаком с теоретическими работами Фридмана и Леметра. Непохоже, что Хаббл вообще встречал где-либо идею расширяющейся Вселенной или знал, как интерпретировать свои данные в свете подобной теории. Теория двинулась в сторону радикально новой картины Вселенной как изменяющейся структуры. Это был огромный скачок с философской и интеллектуальной точки зрения, так как подразумевалось, что каким-то образом пространство само по себе растягивалось — концепция, которую было очень сложно принять.

С помощью самых точных инструментов того времени на базе лучшей в мире астрономической обсерватории Хаббл осуществил невозможное. В 1929 г. он представил свои данные и данные Слайфера и показал, что есть прямая зависимость между скоростью удаления туманности и ее расстоянием до нашей планеты. Таким образом, туманность на двукратной дистанции удаляется с двукратной скоростью. Эта зависимость сегодня известна как закон Хаббла. Постоянная, которая связывает скорость и расстояние, именуется постоянной Хаббла. Однако данные, которые Хаббл представил в рамках первоначального исследования 24 туманностей, выражали слабую тенденцию и были не очень убедительными. С уверенностью, основанной на прежних успехах, перестав играть роль сверхосторожного ученого, он смело заявил, что данные на графике в его работе указывают на существование подобной зависимости. Он совершил своего рода прыжок веры, заявив о данной зависимости, и, несмотря на все амбиции и рвение, после этого знаменательного открытия Хабблу и астрономическому сообществу понадобилось несколько лет, чтобы принять его и осознать значение. Только перейдя к исследованию галактик, расположенных на куда большем расстоянии, чем упомянутые в его первой работе, Хаббл смог подготовить убедительную аргументацию для линейной зависимости, которую продемонстрировал в работе, написанной совместно с Мильтоном Хьюмасоном в 1931 г. Понадобились теоретические модели Леметра и наблюдения Хаббла и Хьюмасона, чтобы астрономы признали революционность выводов Хаббла. При всем при этом он сохранял скептическое отношение к интерпретации расширяющейся Вселенной, несмотря на свою роль первооткрывателя решающих свидетельств в пользу данной теории.

Глобальное переустройство нашего мировоззрения в 1931 г. шло полным ходом. Хаббл предугадал будущее — появлялись все более и более значительные открытия, перевернувшие наше мнение о стабильном и неподвижном космосе. Теперь мы впервые взглянули на нашу беспокойную Вселенную.

Чтобы понять, что происходило при встрече теории с наблюдениями, нам нужно вернуться к математическому решению Леметра уравнений Эйнштейна. Теоретический прогноз Леметра, согласно которому скорости удаления туманностей пропорциональны их расстоянию, предполагает Вселенную, в которой масса ровно распределена, поскольку в этом случае происходит единообразное расширение одновременно во всех направлениях. Решение Леметра недействительно, если во Вселенной есть участки, в которых масса распределяется сгустками: его модель требует, чтобы Вселенная была однообразной и более или менее однородной. Данные, собранные Хабблом и Слайфером, простирались не далее 6 млн световых лет и показывали, что пространство заполнено галактиками и едва ли однородно. Наше нынешнее понимание распределения материи во Вселенной показывает, что гипотеза однородности действительна только в куда более значительных масштабах, чем те, которыми изначально мыслил Хаббл. В тех гигантских масштабах, которые нам доступны сегодня, сгустки в виде отдельных галактик начинают теряться — точно так же, как наша кожа, состоящая из клеток, кажется гладкой.

Согласно Леметру, в меньших масштабах, в которых производили свои измерения Хаббл и Слайфер, Вселенная не обязана быть единообразной и едва ли возможна линейная зависимость между скоростью удаления и расстоянием. Хаббл, не знакомый в 1929 г., когда он писал свою работу, с прогнозами модели Леметра, просто выдвинул смелое предположение, оказавшееся истинным. Фактически только после выхода на расстояние в 100 млн световых лет Хаббл и Хьюмасон обнаружили куда более убедительные доказательства линейной зависимости. Данные в их совместной работе от 1931 г. обосновывают выявленную зависимость, так как они охватили большие масштабы и рассмотрели условия, при которых становится верным решение Леметра. Хаббл не интерпретировал линейную зависимость как признак и следствие однородной расширяющейся Вселенной. Он понимал только то, что его выводы имеют большое значение для космологии. Реализацию далеко идущих последствий своих результатов он возложил на плечи теоретиков, преимущественно Леметра с опорой на Эддингтона. В своей работе 1931 г. Хьюмасон и Хаббл, пусть и мимоходом, упоминают теоретическую модель де Ситтера. Так совпало, что Слайфер зафиксировал почти все случаи красного смещения из упомянутых в работе Хаббла 1929 г., хотя Хаббл и не признавал его. Соперничество отражалось в таких, на первых взгляд незначительных, попытках игнорирования и отказе проявить искреннее уважение. Эта неприятная практика, ведомая конкуренцией, гонкой за возможностью опубликоваться первым и неосознанным — или порой намеренным — отказом признавать труды других под влиянием личных амбиций, к сожалению, сохранилась и сегодня. Подобные упущения — результат соревнования за право первым опубликовать новые открытия и получить признание.

Хаббл был закоренелым ученым-экспериментатором и полностью опирался на данные. Однако он весьма отчетливо осознавал необходимость теоретического каркаса и в своей работе «Царство туманностей» (The Realm of Nebulae) размышлял: «Наблюдения и теория неразрывно связаны, и бесполезно пытаться их полностью разделить. Наблюдения всегда связаны с теорией» {22} .

По мере того как ажиотаж вокруг наблюдений только рос с появлением новостей о все большем и большем количестве разбегающихся туманностей, Леметр решил, наконец, продвинуть свои научные труды. Он отправил Эддингтону вторую копию работы, написанной в 1927 г. после публикации Хабблом в 1929 г. его данных. Эддингтон, получив цельную картину, настоятельно порекомендовал Леметру опубликовать его статью на английском языке в солидном и популярном среди широкой публики журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society , а также лично занимался продвижением его модели. Заступничество Эддингтона в конце концов привлекло внимание Эйнштейна. Ранее, в 1927 г., Эйнштейн жестоко раскритиковал работу Леметра. «Ваши расчеты верны, — сказал он. — Но ваши представления о физике внушают отвращение» {23} .