Анна Ливанова - Физики о физиках

Какой же тип соответствует реальной вселенной?

С уверенностью можно сказать — в точности не соответствует ни один. Как бы ни были сложны и остроумны эти конструкции, вселенная наша невообразимо сложнее их всех.

«В XX веке, — сказал Фридман, — человек попытался снова, на основании тех сведений о мире, которые естествознание ко времени нашей эпохи накопило, создать общую картину мира, правда, мира чрезвычайно схематизированного и упрощенного, напоминающего настоящий мир лишь постольку, поскольку тусклое отражение в зеркале схематического рисунка Кёльнского собора может напомнить нам сам собор».

Тогда можно спросить — какой же тип более всего походит на реальность, стоит к ней ближе всего?

Мы уже говорили, что Фридман — скептик: «Все это пока дóлжно рассматривать, как курьезные факты, не могущие быть солидно подтверждены недостаточным астрономическим материалом; бесполезно, за отсутствием надежных астрономических данных, приводить какие-либо цифры, характеризующие „жизнь“ переменной Вселенной».

Бесполезно? Да! Но все равно интересно… А может, как настоящий ученый, он должен довести работу до конца?

Так или иначе, но «если все же начать подсчитывать, ради курьеза, время, прошедшее от момента, когда вселенная создавалась из точки, до теперешнего ее состояния, начать определять, следовательно, время, прошедшее от сотворения мира, то получатся числа в десятки миллиардов наших обычных лет».

Надо сказать, что нынешние, сделанные совсем не «ради курьеза» подсчеты дают число, весьма близкое к фридмановскому.

…Итак, ответа нет. Пока нет.

«Пока этот метод немногое может дать нам, ибо математический анализ складывает свое оружие перед трудностями вопроса, а астрономические исследования не дают еще достаточно надежной базы для экспериментального изучения нашей вселенной. Но в этих обстоятельствах нельзя не видеть лишь затруднений временных; наши потомки, без сомнения, узнают характер вселенной, в которой мы обречены жить… И все же думается, что

Так кончается книжка «Мир как пространство и время», книга, на страницах которой провозглашена нестационарная вселенная.

Прошло три года. Совсем молодым, тридцатисемилетним, Фридман умирает от брюшного тифа.

Он не дождался того открытия, которое стало его триумфом. И не ожидал его. Потому что не представлял, как быстро наука о вселенной выйдет из «младенческой стадии развития». Какими шагами пойдет вперед.

…Ровесник Фридмана, американский астроном Эдвин Хаббл, был увлечен больше всего изучением туманностей. Им он посвятил всю свою жизнь, и работы его увенчались рядом великолепных открытий.

Исследуя в обсерватории Маунт Вильсон спектры света, приходящего к нам от далеких галактик, Хаббл заинтересовался загадочным в то время явлением. Спектры туманностей были, безусловно, известными. Они принадлежали водороду, гелию и другим нашим «земным» элементам. Но странное дело, все линии спектров были чуть смещены к красному концу по отношению к спектрам близких объектов.

Еще более поразительным показалось то, что для разных галактик смещение было различным — для одних бóльшим, для других меньшим. Оказалось, что здесь царит странная закономерность: величина красного смещения пропорциональна расстоянию от Земли до галактики; чем дальше от нас туманность, тем больше смещение.

К 1929 году накопилось достаточно материала, безотказно подтверждающего красное смещение, и Хаббл опубликовал свое открытие: красное смещение присутствует в спектрах всех галактик; величина его пропорциональна расстоянию от нас до галактики. Другими словами, чем дальше от нас находится галактика, тем больше линии ее в спектре смещены к красному концу — это и есть закон Хаббла.

Открытие американского ученого взбудоражило и физиков и астрономов. Начались лихорадочные поиски объяснения столь странного феномена.

Из немногих возможных причин наиболее убедительной представился допплер-эффект.

Когда тело приближается, волны издаваемого им звука как бы набегают друг на друга и сокращаются. Звук кажется более высоким. Когда тело удаляется, волны как бы растягиваются. Звук становится более низким.

Допплер-эффект наблюдается и при движении тел, излучающих свет. Приближение тела не изменяет скорости света — она постоянна. Но изменяется длина волны или обратная ей величина — частота. Длина волны становится короче, частота — выше. Происходит смещение к коротковолновому, фиолетовому концу спектра. Удаление тела подобным же образом вызывает увеличение длины волны, уменьшение частоты и смещение ее к красному концу спектра.

Итак, каждая спектральная линия соответствует определенной длине световой волны. Смещение спектральных линий в спектрах галактик к красному концу указывает на удлинение волн.

А удлинение волн, о чем говорит оно?

Объекты — далекие галактики — удаляются от нас. Чем дальше находится галактика, тем с большей скоростью совершает она свое «бегство». Скорости самых отдаленных галактик соизмеримы уже со скоростью света.

Не все ученые и не сразу приняли такое объяснение. Но попытки найти иные причины красного смещения, например приписать его «усталости», «старению» квантов света на долгом пути, оказались несостоятельными.

Так что же все это в конце концов означает?

Куда, почему, от кого бегут галактики?

И тут вспомнили работу Александра Фридмана «О кривизне пространства».

Расширяющаяся вселенная…

В маленькой работе было предсказано самое грандиозное из существующих в природе явлений. Теперь оно подтвердилось.

Опыт, наблюдения неопровержимо доказали: вселенная не стационарна, не стабильна, не устойчива. Она расширяется. Значит, с течением времени меняется и ее геометрия, уменьшается кривизна пространства.

Сразу же напрашиваются два вопроса. Как физически происходит расширение Вселенной? Если скорости удаления галактик соизмеримы со скоростью света, то как быть с предположением о малых скоростях звезд друг относительно друга; остается ли оно правомерным?

Оказывается, ответ на первый вопрос содержит в себе ответ и на второй. Расширение вселенной есть процесс такого масштаба, что он практически не затрагивает структуру галактик, а значит, взаимные расстояния и скорости обитающих в них звезд. Больше того, оно не затрагивает даже структуру скоплений галактик — куда более мощных образований, чем сами галактики. Скопление галактик — это, грубо говоря, совместно движущееся — благодаря тяготению — объединение галактик, подобно тому как галактика — совместно движущееся объединение звезд. При расширении вселенной изменяются расстояния, по-видимому, лишь между скоплениями галактик.