10 заповедей нестабильности. Замечательные идеи XX века - [5]

Каскад открытий заставил ученых и все человечество вновь задуматься о сущности и устройстве природы и породил множество новых вопросов. Что является причиной этой сумасшедшей космической гонки? Существуют ли какие-то направления в движении созвездий? И наконец, какова судьба Вселенной и что ожидает нас в будущем? На первые два вопроса через 30 лет были получены достаточно определенные ответы (хотя споры на эту тему продолжаются и поныне), но последний и самый важный вопрос пока остается открытым.

Обнаруженная Хабблом поразительная подвижность и нестабильность Вселенной изменила многие фундаментальные представления астрономии, тем более, что новые методы получения и исследования спектров стали приносить все более очевидные доказательства стремительных перемещений самых разнообразных космических объектов.

Спектрография позволяет определять не только химический состав излучающего источника, но и (при более тщательном изучении спектров) скорость движения этого источника относительно наблюдателя. Перед объяснением принципа определения скорости следует описать, хотя бы коротко, весь спектр электромагнитных волн, подлежащих измерению и анализу. Диапазон электромагнитного излучения, от высокоэнергетических гамма-квантов до низкоэнергетических радиоволн, условно подразделяется на несколько областей с достаточно привычными названиями: гамма-лучи, рентгеновское излучение, ультрафиолетовое излучение, видимый свет, инфракрасное излучение, микроволновое излучение и, наконец, знакомые всем радиоволны. Каждый тип излучения характеризуется определенной длиной волны, энергией и частотой колебаний, так что на одном краю спектра располагаются очень короткие, высокочастотные гамма-лучи с высокой энергией, а на другом – низкочастотные и низкоэнергетические радиоволны с длиной волны в несколько километров. Воспринимаемая нашим зрением область электромагнитных волн (так называемый видимый спектр) покрывает лишь 2% всего электромагнитного спектра и располагается примерно в его центре.

Принцип спектрографического определения скорости основан на том, что излучение удаляющегося от нас источника (в данном случае небесного объекта) немного смещается в сторону длинноволнового, низкоэнергетического края спектра, где расположена красная часть спектра, вследствие чего ученые называют это явление просто красным смещением. Совершенно аналогично, излучение приближающегося объекта смещается к другому краю спектра, что, соответственно, называют синим или фиолетовым смещением.

Это явление, в сущности, представляет собой оптический аналог широкоизвестного эффекта Допплера для движущихся источников звука. Каждый из нас замечал, что музыкальная тональность звуков проезжающего мимо автомобиля изменяется (при приближении звуки становятся более высокими, а при удалении – более низкими), что также объясняется смещением длин волн то в одну, то в другую часть спектра.

Узнав о том, что еще в 1912г. американский астроном Весто Мелвин Слипер зарегистрировал фиолетовый сдвиг в спектре Туманности Андромеды, Хаббл пришел к выводу, что она приближается к нашей галактике. Обнаруженные ранее Хабблом цефеиды позволили ему настаивать, что речь идет не о потоках космического газа, а о быстром движении гигантского звездного скопления, целой галактики (в настоящее время установлено, что Туманность Андромеды и наша галактика, Млечный Путь, мчатся навстречу друг другу со скоростью около 90 километров в секунду). Слипер изучал и другие туманности (позднее все они оказались галактиками) и обнаружил в спектре большинства из них красное смещение, доказывающее, что они удаляются от нас с высокой скоростью, доходящей до 1200 километров в секунду.

Измерения Слипера были, конечно, крупным научным достижением своего времени, но именно Хаббл догадался проанализировать и объяснить их с точки зрения смещения спектральных характеристик, что позволило ему создать еще одну, исключительно важную и интересную концепцию. Вместе с Мильтоном Хюмасоном он обнаружил, что существует прямая взаимосвязь между красным смещением галактик и расстоянием до них, т. е. чем больше это смещение (иными словами, чем выше скорость галактики), тем дальше от Земли она находится.

Этот результат, получивший название закона Хаббла, и следующие из него выводы буквально ошеломили и даже напугали многих ученых (интересно отметить, как легко общественность привыкает к новым научным представлениям, так что сегодня идеи Хаббла воспринимаются как нечто обычное даже школьниками и любителями научно-популярных телевизионных передач). Во-первых, в соответствии с законом Хаббла некоторые галактики двигались с огромной скоростью, доходящей до одной седьмой от скорости света. Во-вторых, что казалось совершенно невероятным, в теории Хаббла все вещество мира стремительно «разлеталось» в разные стороны, т. е. Вселенная расширялась! Небольшие смещения в спектрах доказывают движение гигантских звездных скоплений с огромной скоростью, а ставший знаменитым закон Хаббла устанавливает связь между расстоянием до галактики и ее скоростью. Хаббл умер в 1953 г., а через три года Хьюмасон и его сотрудники пересмотрели и обновили содержание закона Хаббла для учета новой теории, в соответствии с которой Вселенная возникла 10-12 миллиардов лет назад в результате таинственного события (получившего название Большой Взрыв или просто Биг Бэнг). Поправки были связаны с тем, что скорость разбегания галактик в начальной фазе взрыва была, по-видимому, значительно выше, чем считалось раньше, но затем несколько снизилась.