Марио Ливио - От Дарвина до Эйнштейна. Величайшие ошибки гениальных ученых, которые изменили наше понимание жизни и вселенной
«В итоге получилось, что в течение какого-то времени мы с Хойлом и дело очень подолгу засиживались в комнатах Бонди в колледже и постоянно – на этом настаивал Хойл – обсуждали, что же на самом деле означает открытие Хаббла. Вот галактики и все прочее, к примеру, разлетаются в стороны – не значит ли это, что потом станет ужасно пусто? А в прошлом все было очень плотное?[333]»
Все эти рассуждения привели к неожиданному результату: Хойл, Бонди и Голд начали серьезно задумываться над вопросом, можно ли каким-то образом увязать наблюдаемое расширение Вселенной с теорией стационарной Вселенной.
Однако прежде чем исследовать эту увлекательную тему, вернемся ненадолго в двадцатые годы. Открытие расширения Вселенной – не просто величайшее астрономическое открытие ХХ века: его роль в ляпсусах Хойла и Эйнштейна так велика, что было бы познавательно сделать краткое отступление, чтобы очертить историю этого прорыва. Эта история имеет прямое отношение к нашей главной теме еще и потому, что в 2011 году в хронологии тогдашних событий обнаружился крайне интересный поворот, наделавший большого шума среди астрономов и историков науки.
Расширение Вселенной. Сводка потерь (при переводе)
Когда космологи говорят, что наша Вселенная расширяется, они основывают свое утверждение в первую очередь на доказательствах, которые черпают из очевидного движения галактик. При этом часто приводят очень упрощенный пример, позволяющий наглядно представить себе, о чем речь.
Представьте себе двумерный мир, существующий исключительно на поверхности резинового мячика (илл. 25). То есть галактики в таком мире – просто приклеенные к поверхности маленькие плоские кружочки (вроде тех, которые получаются, когда прокалываешь бумагу дыроколом). Для обитателей подобного мира нет пространства ни вне шарика, ни внутри него: весь мир – это только поверхность. Обратите внимание, что центра у этого мира нет, поэтому все кружочки на поверхности находятся в равном положении (вспомним, что центр мячика лежит вне этого мира). Границ или пределов у этой Вселенной тоже нет. Если точка пустится в путь по сферической поверхности в том или ином направлении, ни до какого края она не дойдет. А что будет, если начать надувать мячик? Независимо от того, к какому кружочку на поверхности вы по воле случая принадлежите, вы увидите, что все остальные кружочки разлетаются от вас. Более того, чем дальше от вас кружочек, тем быстрее он будет удаляться: кружочек, который отстоит от вас на расстояние вдвое больше другого кружочка, будет двигаться вдвое быстрее (поскольку за то же время будет покрывать расстояние вдвое больше). Иначе говоря, скорость удаления будет пропорциональна расстоянию. Общая теория относительности Эйнштейна предполагает, что ткань пространства-времени в нашей Вселенной ведет себя именно так, и простой пример с мячиком можно вывернуть наизнанку. То есть из открытия, что все далекие галактики от нас удаляются, в сочетании с тем фактом, что скорость удаления пропорциональна расстоянию, следует, что пространство нашей Вселенной растягивается (к этому мы вернемся в главе 10). Обратите внимание, что расширение Вселенной нельзя сравнивать со взрывом гранаты. Взрыв гранаты происходит в пространстве, которое уже существовало, у него есть определенный центр (и границы). Во Вселенной движение к расширению возникает, поскольку растягивается сама ее ткань. И все галактики ничем не отличаются друг от друга: из любой точки вы увидите, как все остальные галактики разбегаются от вас во все стороны.
При упоминании расширения Вселенной первым обычно вспоминают астронома Эдвина Хаббла, в честь которого назван знаменитый космический телескоп. Всем известно, что Хаббл в сотрудничестве со своим ассистентом Милтоном Хьюмасоном рассчитал расстояния и скорость разбегания нескольких десятков галактик, а в статье 1929 года[334] сформулировал закон, носящий его имя: галактики разбегаются от нас со скоростями, пропорциональными расстоянию до них. Из «закона Хаббла» Хаббл и Хьюмасон вывели общий темп расширения Вселенной в нашу эпоху: на каждые 3,26 миллиона световых лет расстояния скорость разбегания галактик возрастает примерно на 500 километров в секунду. Учитывая, что данные наблюдений, которыми располагал Хаббл, были очень ограниченны, вывести из них расширение Вселенной было бы очень смелым и отчаянным шагом, если бы не некоторые теоретические идеи, поддерживающие эту гипотезу; многие из них были выдвинуты даже до наблюдений. Скажем, еще в 1922 году российский математик Александр Фридман[335] показал, что общая теория относительности допускает существование расширяющейся безграничной Вселенной, полной вещества. Хотя результаты Фридмана не привлекли особого внимания (не считая самого Эйнштейна, который впоследствии подтвердил, что логика Фридмана совершенно точна, однако отмахнулся от его выводов, поскольку полагал, что «им вряд ли удастся приписать физический смысл»), идея динамической Вселенной на протяжении 1920 годов постепенно набирала ход. Поэтому толкование наблюдений Хаббла с точки зрения расширяющейся Вселенной завоевало популярность очень быстро.
Иногда физики пренебрегают историей своего предмета. Еще бы, кому интересно, кто что открыл, если об этих открытиях и так все знают? Лишь тоталитарные режимы издавна были озабочены тем, чтобы доказать, что все хорошее зародилось на их территории. Есть старый анекдот о том, как почетного гостя СССР привели в научный музей в Москве. В первом же зале гость увидел огромный портрет какого-то русского, о котором он никогда не слышал. Спросил, кто это – и получил ответ: «Это изобретатель радио». Во втором зале – еще один огромный портрет совершенно незнакомого человека. «А это – изобретатель телефона», – объясняет экскурсовод. И так еще с десяток залов. А в последнем зале висит портретище, по сравнению с которым все предыдущие кажутся крохотными. «А это кто?» – удивляется посетитель. Экскурсовод с улыбкой отвечает: «А это – изобретатель всех этих изобретателей».
Однако в некоторых случаях открытия столь масштабны, что крайне познавательно разобраться, что же натолкнуло на подобные озарения – в том числе и понять, кому именно принадлежит честь открытия. Практически не приходится сомневаться, что открытие расширения Вселенной подпадает именно под эту категорию, хотя бы по той простой причине, что сам факт расширения предполагает, что у нашей Вселенной было определенное начало.
В 2011 году разгорелись страстные дебаты вокруг того, кого же на самом деле надо благодарить за открытие космического расширения[336]. В частности, в нескольких статьях даже высказывались подозрения, что с целью обеспечить первенство Эдвина Хаббла в 1920 годы, возможно, были пущены в ход недостойные механизмы цензуры.
Вот вкратце основные факты, играющие главную роль в этих дебатах.
К февралю 1922 года астроном Весто Слайфер измерил радиальные скорости[337] (скорости вдоль луча зрения, проходящего от источника до наблюдателя) 41 галактики. Артур Эддингтон[338] в своей книге, опубликованной в 1923 году, перечислил эти скорости и отметил: «Бросается в глаза огромный перевес положительных [удаляющихся] скоростей, однако недостаток наблюдений южных туманностей [за внешний вид галактики первоначально называли латинским словом nebulae – “туманность”, “облако”, “дымка”], к несчастью, не позволяет сделать окончательные выводы». В 1927 году бельгийский космолог и священник Жорж Леметр опубликовал знаменательную статью[339] (на французском языке), название которой в переводе звучит примерно так: «Гомогенная Вселенная постоянной массы и увеличивающегося радиуса объясняет радиальные скорости внегалактических туманностей». К сожалению, эта статья была напечатана в крайне малораспространенных «Трудах Брюссельского научного общества». В ней Леметр первым нашел динамические [соответствующие гипотезе расширения] решения уравнений общей теории относительности, а из этих решений вывел теоретическую основу закона, который стал известен как закон Хаббла: скорость удаления прямо пропорциональна расстоянию. Однако на теоретических выкладках Леметр не остановился.
Опираясь на величины скоростей, которые рассчитал Слайфер, и на приблизительные расстояния на основе измерений яркости, которые проделал Хаббл[340] в 1926 году, Леметр открыл «закон Хаббла» и определил темп расширения Вселенной. Численное значение этого темпа, которое теперь называют постоянной Хаббла, у Леметра получилось равным 625 (в общепринятых единицах – километр в секунду на каждые 3,26 световых года расстояния). Два года спустя Эдвин Хаббл получил для той же величины значение 500[341] (в наши дни доказано, что оба эти значения ошибочны – почти на порядок). Так вот, Хаббл опирался в точности на те же величины скоростей – по Слайферу – однако в своей статье даже не упомянул, кто их получил. Расстояния у Хаббла были более точные, отчасти за счет лучших индикаторов межзвездного расстояния. Леметр полностью отдавал себе отчет, что расстояния, на которые он опирается, лишь приблизительные. Он сделал вывод, что на тот момент точность оценок расстояний недостаточна, чтобы подтвердить или опровергнуть найденное им линейное соотношение.
