Eduardo Lopez - Космос становится больше. Хаббл. Расширение Вселенной
«Мы всегда понимали, что когда публикуется первоначальный результат и объявляется о начале программы по проверке данного результата... первичное обсуждение новых данных происходит среди тех, кто занимался реальной работой, это вопрос вежливости. Вы, вероятно, не согласны с этими этическими нормами?»
Де Ситтер не заслужил такой грубости, однако, желая примирения, он каким-то образом смягчил гнев Хаббла, потому что уже в следующем письме Эдвин признавал:
«Мистер Хьюмансон и я с пониманием относимся к Вашей интересной интерпретации статей о скоростях и отдаленности туманностей».
В любом случае это подтверждает тот факт, что необходимость появления закона Хаббла уже назрела, и он упал к ногам нашего героя, как созревший плод. Однако сам де Ситтер не заслужил обвинений, потому что еще 13 лет назад он с помощью теоретических методов предсказал линейную зависимость между расстояниями и скоростями. Теория и эксперимент, а в случае с астрофизикой — наблюдение, должны идти рядом или следовать непосредственно друг за другом, что позволяет достичь научного результата. В любом случае теория имеет не меньшее значение, чем практика. Именно теоретик де Ситтер сформулировал закон Хаббла, который можно было бы назвать законом де Ситтера или законом де Ситтера — Хаббла. Но Хаббл презирал теорию.
В данном случае именно она опередила наблюдение, и это стало происходить все чаще после того, как релятивизм превратился в эффективный механизм осмысления Вселенной. Кроме того, как мы скоро увидим, закон Хаббла требует минимальных теоретических знаний. Любой студент с небольшими познаниями в области механики потоков мог бы открыть его, в том числе используя ньютоновскую физику. И даже если считать, что впервые закон был сформулирован де Ситтером, он не единственный сделал это.
Рассмотрим же несмелые шаги, которые были сделаны перед тем, как Хаббл уверенно подхватил практически готовый закон. Мы уже говорили о том, каким образом Слайфер, вдохновленный своим наставником, миллионером-мечтателем Персивалем Лоуэллом, открыл высокие скорости спиральных галактик. Эти скорости всегда были положительными, за некоторыми исключениями, среди которых была Андромеда. Слайфер посчитал, что скорости связаны с движением Солнца и при измерениях в Южном полушарии можно будет обнаружить больше отрицательных скоростей. Но если Солнце движется к одной точке — апексу, — для проверки можно разделить движения, замеченные при перемещении Солнца относительно туманностей, и остаточное движение, вызванное расширением. Несколько авторов, в том числе Адамс, обнаружили чистое движение расширения. Можно сказать, что именно Слайфер открыл его.
Альберт Эйнштейн (1879-1955) сформулировал общую теорию относительности в 1915 году и через год представил свою первую статичную модель Вселенной. В том же году де Ситтер опубликовал в Ежемесячнике Королевского астрономического общества другую модель Вселенной, в которой не учитывалась плотность материи. Эта Вселенная не была статичной, она расширялась, основываясь на отношении расстояния и скорости, то есть на законе Хаббла. В этой модели было четко сказано, что «объектам на больших расстояниях должны соответствовать очень большие радиальные скорости». Отношение скоростей и расстояний должно было быть линейным, например v = Kr. Но в то время не существовало метода достоверного расчета расстояний. Немецкий ученый Карл Вильгельм Вирц (1876-1939) из обсерватории Страсбурга понял, что радиальные скорости растут по мере уменьшения спиральных галактик. Лундмарк определил отношение де Ситтера и высказал гипотезу: туманности имеют реальный размер, поэтому угловой размер обратно пропорционален расстоянию. Лундмарк пришел к выводу, что формула де Ситтера верна.
Развитие теории шло семимильными шагами. В 1920 году Александр Фридман (1888-1925) и через пару лет независимо от него Жорж Леметр (1894-1966) разработали модели Вселенной, очень похожие на современные. В этих моделях использовалось отношение v = Кг; хотя в этом случае зависимость была линейной только для не слишком удаленных астрономических объектов. Строго говоря, она была справедлива для сегодняшней Вселенной. Также были получены первые значения константы К, которая впоследствии была названа H0, постоянной Хаббла. Мы далее разберем теоретические модели, чтобы показать их связь с работой Хаббла.
История астрономии — это истории достигнутых горизонтов.
Эдвин Пауэлл Хаббл, «Царство туманностей (1936)
Как мы знаем, статьи Хаббла были опубликованы в 1929 и 1931 годах, вторая из них — в соавторстве с Хьюмансоном.
То есть первая работа Хаббла, содержащая знаменитый закон, вышла спустя 13 лет после того, как его предсказал де Ситтер.
Кроме того, этот закон искали и другие авторы и, в каком-то смысле, нашли его, стараясь обнаружить связь догадки де Ситтера с наблюдениями. Сейчас мы увидим, что гнев Хаббла, направленный на знаменитого релятивиста из Нидерландов, был совершенно неоправданным.
С точки зрения наблюдений, кто первым пришел к закону Хаббла? Это сделал Леметр, который хотел логически доказать, что измерение скоростей и расстояний соответствует гипотезам. Этот случай заслуживает особого внимания, так как позже в плагиате обвиняли самого Хаббла.
Бельгийский священник Жорж Леметр был теоретиком-релятивистом. Вместе с Фридманом он предложил знаменитую теорию Большого взрыва. В 1927 году Леметр опубликовал в бельгийском журнале «Анналы научного общества Брюсселя» (Annales de la Societe Scientifique de Bruxelles) статью с названием «Однородная Вселенная постоянной массы и рост радиуса по расчетам радиальной скорости внегалактических туманностей» (Un Univers homogene de masse constant et de rayon croissant), в которой был предсказан так называемый закон Хаббла для небольших расстояний. Не удовольствовавшись теорией, Леметр решил проверить ее с помощью наблюдений. Для этого он воспользовался опубликованными данными скоростей Слайфера и светимости Хаббла (так как еще не было более совершенных методов, он использовал в качестве показателя расстояния постоянную светимость). Так Леметр обнаружил закон Хаббла с коэффициентом, равным 625 км/(с Мпк).
Наблюдения всегда подразумевают под собой теорию.
Эдвин Пауэлл Хаббл
Два года спустя, в 1929-м, появилась статья Хаббла, в которой фигурировала константа похожей величины (хотя, как мы знаем, она на порядок отличается от принятой сегодня). Так как Леметр писал на французском, а статья была опубликована в «неизвестном» европейском журнале, у нас нет достоверных знаний о том, что она была знакома Хабблу. Кроме того, это была теоретическая работа, которую Эдвин никогда не понимал. Но Эддингтон обратил внимание на статью Леметра и даже захотел опубликовать ее перевод на английский в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, что и было сделано в 1931 году.
Однако в переводе была опущена как раз та часть, которая касалась подтверждения с помощью наблюдений положения, известного как закон Хаббла. Кто решил убрать такую важную страницу? Мог ли в этом участвовать Хаббл, боровшийся за свое открытие? Недавно исследователь Марио Ливио, изучив письма, которыми обменивались Леметр и Королевское астрономическое общество, пришел к выводу, что эту часть просил опустить сам Леметр. Но почему? Может быть, он хотел избежать неприятного столкновения с Хабблом, какое пришлось пережить де Ситтеру? Или Леметр признавал большую значимость наблюдений, сделанных именитым коллегой?
Таким образом, закон Хаббла был выведен де Ситтером с помощью теоретических рассуждений. Впервые открыл его, использовав опубликованные данные наблюдений, Леметр. Возможно, Хаббл даже не занимался бы поисками своего закона, если бы Хьюмансон сообщил ему, что он уже открыт.
Однако мы не можем отрицать заслуг Хаббла и Хьюмансона, подтвердивших верность этого закона с помощью огромного количества наблюдений туманностей, проведенных в течение неисчислимого количества часов с использованием точнейших методов определения расстояний. Слова Хаббла имели большое значение: он работал на самом большом в мире 100-дюймовом телескопе. Однако свой вклад сделали также де Ситтер, Леметр, Вирц, Хьюмансон, Шепли, Лундмарк... Над открытием закона Хаббла работало много ученых.
КАК НУЖНО БЫЛО НАЗВАТЬ ЗАКОН ХАББЛА
Справедливости ради закон Хаббла нужно было бы назвать законом Слайфера — де Ситтера — Леметра — Вирца — Лундмарка — Шепли — Хьюмансона — Хаббла. К этому перечню можно добавить и другие имена. Однако такое название слишком уж длинное, поэтому было оставлено имя только одного из авторов. Это не совсем справедливо, но такова жизнь. Что поделать, если в названии не может быть столько имен одновременно? Истина в том, что наступил момент, когда этот закон должен был появиться. Имя Хаббла является одним из важнейших в списке. Никого не удивляет, что закон носит его имя, и никто не предлагает других названий. Именно Эдвин Хаббл вывел закон, витавший в воздухе, в ясной и окончательной форме. Он уточнил его и расширил границы его применения до бесконечности. Сегодня проблема авторства в научных исследованиях как никогда актуальна. Открытиям способствуют множество ученых, часто даже при отсутствии открытого сотрудничества. Научные конференции и публикации в специализированных журналах представляют собой постоянный обмен мнениями, во время которого обнаруживаются и исправляются ошибки. Одни идеи порождают другие.
