Колин Стюарт - Вселенная на ладони [litres]

Сайфер был первым из астрономов, кто тщательно проанализировал спектр галактик и обнаружил эти смещения. К 1921 году он изучил в общей сложности 41 галактику, открыв, что Андромеда и три других объекта движутся в нашу сторону (их спектры смещены в направлении фиолетового конца).

Однако большая часть его галактик демонстрировала красное смещение – все они удаляются от Млечного Пути.

Сегодня нам известно примерно о сотне галактик с фиолетовым смещением, при этом галактик с красным смещением сотни миллиардов. Это означает, что почти каждая галактика во Вселенной удаляется от Млечного Пути.

Имя, которое в первую очередь ассоциируется с красным смещением галактик, принадлежит не Сайферу, а его коллеге, американскому астроному Эдвину Хабблу. Хаббл проводил измерения расстояний до галактик с использованием метода цефеид, разработанного Генриеттой Суон Ливитт, и сравнивал их с данными Сайфера по красному смещению галактик. При этом он обнаружил очень простую закономерность: чем дальше от нас галактика, тем больше ее красное смещение. Более отдаленные от нас галактики, очевидно, удаляются от нас быстрее, чем те, что находятся ближе. Хаббл опубликовал свое открытие в 1931 году.

Эта открытие стало известным как закон Хаббла (притом что бельгийский священник и астроном Жорж Леметр высказал и опубликовал аналогичную идею еще в 1929 году). Число, получившее название константы Хаббла, показывает, насколько быстро галактика движется. Современное значение константы Хаббла – обозначаемой как H 0 – составляет приблизительно 21 километр в секунду на миллион световых лет. Если галактика А находится от нас на миллион световых лет дальше, чем галактика Б, то это значит, что каждую секунду она удаляется от нас дополнительно на 21 километр.

Благодаря закону Хаббла, красное смещение превратилось в незаменимый инструмент для измерения расстояний в космосе. Все, что вам нужно, это проанализировать спектр галактики, чтобы обнаружить его красное смещение, а затем, воспользовавшись законом Хаббла, вычислить на его основе расстояние, на котором объект находится. Самым удаленным от нас объектом из всех известных в настоящее время является объект, демонстрирующий самое большое красное смещение, – это GN-z11, находящийся на расстоянии примерно 13,4 миллиарда световых лет от нас.

Постулат, лежащий в основе закона Хаббла, очень прост: чем дальше находится галактика, тем быстрее, как нам кажется, она удаляется от нас. Между тем, эта кажущаяся безобидной идея имеет невероятно глубокие последствия. Получается так, что наша Вселенная расширяется.

На первый взгляд, совсем не очевидно, почему закон Хаббла подразумевает, что мы живем в расширяющейся Вселенной. Для простоты понимания, представьте себе тесто, начиненное изюмом, которое вы собираетесь поставить в духовку для выпекания. Предположим, что тесто за один час расширится, увеличившись в два раза от своей первоначальной величины. Зернышко изюма, которое изначально находилось на расстоянии одного сантиметра от вас, окажется от вас на расстоянии два сантиметра. Изюминка, сначала находящаяся в тесте с расстояния двух сантиметров от вас, в итоге окажется на расстоянии четырех сантиметров. Изюминка, находившаяся ближе к вам, как оказывается, перемещалась на один сантиметр в час, а та, которая находилась дальше, перемещалась на два сантиметра за то же самое время. То есть, изюминка, находившаяся дальше, удалялась от нас быстрее.

Вы могли бы даже сказать, что «изюмины в расширяющемся тесте, как кажется, перемещаются на один сантиметр в час на каждый сантиметр первоначального расстояния между ними». Это ровно то, что вытекает из константы Хаббла: галактики перемещаются на 21 километр каждую секунду на каждый миллион световых лет исходного расстояния между ними. Вселенная расширяется точно так же, как расширяется тесто.

Галактики не отдаляются от нас из-за того, что они движутся в направлении от нас сквозь космическое пространство. В конце концов, изюминки тоже не перемещаются сквозь тесто. Как раз наоборот, расширяется разрыв между галактиками по мере того, как расширяется пространство между ними. Чем больше расстояние между нами и далекими галактиками, тем больше пространства для их расширения и тем быстрее, как нам будет казаться, они станут удаляться от нас.

Хаббл показал, что Вселенная расширяется. Между тем, Вселенная, сегодня расширяющаяся, вчера была меньше, поэтому естественно предположить, что в далеком прошлом она должна была быть очень маленькой. Это предположение полностью согласуется с более ранними работами Александра Фридмана и Жоржа Леметра, выполненными в 1920-х годах. Для подтверждения идеи о том, что со временем Вселенная расширялась, начиная с первоначального компактного состояния, они обратились к уравнениям общей теории относительности Эйнштейна.

Используя скорость, с которой Вселенная увеличивается, – константу Хаббла – мы можем произвести обратные вычисления и узнать, когда это расширение началось. Согласно современным данным, это произошло 13,8 миллиарда лет назад. Проследив процесс расширения в обратном направлении, можно было бы увидеть, как все становится ближе и ближе друг к другу. Если вы следуете общей теории относительности буквально, то все пространство(-время) заканчивается концентрацией в сингулярности – в той же самой бесконечно малой, бесконечно плотной точке, которая была предсказана этой теорией и находится в центре черной дыры. Идеи и пространства, и времени полностью разрушаются в этой сингулярности.

Все эти гипотезы дают основание предполагать, что пространство и время начали свое существование около 13,8 миллиарда лет назад, когда невообразимо маленькая горячая точка взорвалась, расширяясь наружу. Это событие астрономы назвали Большим взрывом. С тех пор возникшая в тот момент Вселенная непрерывно расширяется.

Термин «Большой взрыв» впервые использовал английский астроном Фред Хойл во время интервью на радио BBC в 1949 году. Он был главным оппонентом и критиком идеи Большого взрыва, предпочитая вместо нее стационарную модель – идею того, что Вселенная существовала всегда и по большей части в современном ее виде. Полностью противореча идее Большого взрыва, модель стационарной Вселенной утверждает, что время и пространство не имеют ни начала, ни конца. Основы этой теории сформулированы в 1948 году Хойлом, Германом Бонди и Томасом Голдом.