Космос становится больше. Хаббл. Расширение Вселенной - [30]
Американский астроном Мильтон Хьюмансон, роль которого в наблюдательной астрономии сильно недооценена.
Поток от дальних галактик был в 100 раз меньше, чем от галактик в скоплении Девы, значит их удаленность была в 10 раз больше, так как еще со времен Кеплера известно, что поток убывает по закону обратного квадрата расстояния.
Оригинальный графин из работы Хаббла, выражающий его закон.
На оси абсцисс указано расстояние до каждой галактики в парсеках (1 парсек = 3,258 светового года), на оси ординат — их кажущаяся скорость в километрах в секунду.
Объединяя скорости Слайфера со скоростями, полученными Хьюмансоном, можно было оценить отношение скорости и расстояния для дистанций, недоступных телескопу. Если расположить по оси ординат расстояния, а по оси абсцисс — скорости, получалась прямая линия со штрихами, показывающими на возможность ошибки, которая становилась тем вероятнее, чем дальше располагались туманности (см. график).
Это означало, что расстояние и скорость прямо пропорциональны. Коэффициент пропорциональности Хаббла обозначили через К, но скоро стали писать H>0 — от первой буквы в фамилии ученого — по предложению Ричарда Толмана, друга Хаббла из Калтеха. Индекс 0 в космологии означает настоящий момент. Закон Хаббла был открыт, вернее подтвержден и уточнен:
v = H>0r,
где r — расстояние, a v — скорость. Расстояние измерялось в Мпк (мегапарсек; 1 парсек соответствует 3,258 светового года). Скорость измерялась в км/с. Единицей для Я был, соответственно, км/(сМпк). Величина, полученная Хабблом и Хьюмансоном, составила H>0= 558 км/(сМпк). Это значение было слишком большим, сегодня используется величина 71 км/ (сМпк). Скоро мы поговорим о причинах этой ошибки.
Статья «Отношение скорости и расстояния во внегалактических туманностях», написанная Хабблом и Хьюмансоном, была опубликована в AstrophysicalJournal в 1931 году.
Напоминаем, что мы используем слово «туманность» вместо «галактика», потому что этот термин употреблял Хаббл.
Ученый не считал, что эти скорости реальны. На самом деле измерялось красное смещение спектральных линий. Отражает красное смещение реальную скорость, которую можно рассчитать с помощью формулы, или нет — исследователи не знали, это была всего лишь догадка. Поэтому, хотя Хаббл использовал букву v и измерял ее в км/с, он всегда отмечал, что речь идет о кажущейся скорости. Как объективный наблюдатель он не отрицал того, что красное смещение z может зависеть от других неизвестных факторов, отличных от доплеровского. Хаббл знал, что другие теоретики считали так же.
А если это не эффект Доплера? В этом вопросе таится не только желание объективно использовать термин. Хаббл знал, что болгарский астроном Фриц Цвикки (1898-1974) предположил, что красное смещение связано с ослаблением энергии фотонов на пути от галактики к нам. Эта гипотеза называлась гипотезой утомленного света. Сделать вывод об «утомленности света» можно было при наличии неких материальных частиц, которые при взаимодействии с фотонами постепенно забирают у них энергию, и при этом, согласно формуле Планка Е = hv, фотон теряет частоту, то есть происходит покраснение.
Сторонники релятивизма также не интерпретировали данную скорость как реальную. Хаббл не был готов понимать все связанные с его гипотезой теоретические сложности. Он осознавал, что его подготовка в области физики недостаточна, он всего лишь прекрасный наблюдатель. Хотя ученый не понимал и не хотел понять теорию относительности, он знал, что релятивизм трактует красное смещение как искажение метрических свойств, а поскольку он ничего не знал об этом явлении, оно вызывало у Хаббла недоверие. Он не хотел использовать эффект Доплера для объяснения z, поэтому все время добавлял к слову «скорость» прилагательное «кажущаяся». Действительно, современная космология не интерпретирует красное смещение галактик как реальное движение: галактики неподвижно закреплены на воображаемой сетке, которая вытягивается. Время-пространство могут не только искривляться, но и растягиваться.
Единицей измерения коэффициента пропорциональности (Н) был км/(сМпк). Он состоит сразу из двух единиц измерения расстояния — километра и мегапарсека, — поэтому его нельзя отнести к гомогенной системе единиц измерения. Если мы поставим одинаковые единицы для расстояний, то получим Н = 1,9 • 10 >17с>-1. Это необычный показатель, измеряющийся в секундах в минус первой степени, обратный времени. У нас сразу же появляется безудержное желание обнаружить обратное значение этого количества, и мы получаем 5,4 • 1016 секунды, что эквивалентно 2 миллиардам лет (сегодня данные величины можно скорректировать: обратная постоянной Хаббла равна примерно 14 миллиардам лет).
Что означает это время, которое сегодня называется временем Хаббла? Чтобы понять его приблизительное значение, представим, что мы прокручиваем время назад. Самые дальние галактики быстро приближаются к нам; самые ближние галактики приближаются к нам медленнее. Когда пройдет 14 миллиардов лет, все галактики соберутся в одной точке. Нам в голову сразу же приходит выражение Большой взрыв. И действительно, уже тогда ученые-релятивисты подошли к этой концепции, хотя термин Большой взрыв был введен британским астрофизиком Фредом Хойлом (1915-2001) значительно позже. Однако Хаббл не хотел разбираться в гипотезах, связанных с Большим взрывом.
