Джон Малоун - Нераскрытые тайны природы. Расширяющий кругозор экскурс в историю Вселенной с загадочными Большими Взрывами, частицами-волнами и запутанными явлениями, не нашедшими пока своего объяснения

В течение всей истории человечества именно астрономия подрывала в нас самоуважение. Добрый старый Птолемей во втором веке построил модель Вселенной, в центре которой находилась Земля, а Солнце, планеты и звезды вращались вокруг нее. Эта модель столь удовлетворяла человеческое самолюбие, что просуществовала до XVI века, когда Коперник показал, что Земля вращается вокруг Солнца. Идеи Коперника почти столетие вызывали ожесточенное сопротивление, и в 1633 г. Галилей предстал перед судом инквизиции за поддержку гелиоцентрической системы. В начале XX века Шепли «переместил» Солнечную систему на периферию Млечного Пути, а затем Хаббл показал, что Вселенная содержит огромное число других галактик. Человечеству пришлось осознать, что мы живем на очень небольшой планете, вращающейся вокруг весьма скромной звезды, в одной из нескольких сотен миллионов галактик, многие из которых содержат свыше двух миллиардов звезд.

После сенсационного доклада 1925 г. Хаббл вернулся к изучению так называемого красного смещения в цефеидах спиральной туманности, которую он считал скоплением галактик. Красным смещением называется сдвиг в красную область спектра излучения при удалении источника излучения от наблюдателя. Этот эффект на протяжении ряда лет изучал астроном Весто Слайфер в обсерватории имени Ловелла (Флагстаф, штат Аризона), однако в 1922 г. он занялся другими проблемами, тогда как Хаббл продолжал исследования и пришел к выводу, что красное смещение доказывает разбегание галактик и соответственно постоянное расширение Вселенной. Закон Хаббла, сформулированный в 1929 г. и остающийся основным методом оценки размеров и возраста Вселенной, утверждает, что чем дальше от нас находится галактика, тем сильнее проявляется в ней красное смещение.

К этому времени внимание американских астрономов привлекли результаты, полученные на телескопах обсерваторий Маунт-Вильсон и имени Ловелла, которые по своим возможностям значительно превосходили европейские. С другой стороны, европейские физики во главе с Альбертом Эйнштейном успешно разрабатывали математические теории строения Вселенной. В начале 1930-х годов астрономы и физики начали сознавать, что они с разных сторон подходили к одинаковым проблемам. Это привело к активному взаимодействию теоретиков и астрономов-наблюдателей, в результате которого произошло «перекрестное опыление» и возникла теория Большого Взрыва, подробно описанная в гл. 1. В соответствии с этой теорией все вещество и энергия Вселенной 10—20 миллиардов лет назад были сконцентрированы в ничтожно малом объеме, практически в точке с бесконечно большими температурой и плотностью. Затем произошел взрыв и высвободившаяся энергия породила многочисленные галактики, которые мы и наблюдаем.

Как уже отмечалось выше, многие ученые не принимали теорию Большого Взрыва всерьез до тех пор, пока в начале 1960-х годов не было обнаружено так называемое микроволновое фоновое излучение, предсказанное теорией как реликт Большого Взрыва. Понадобились усилия физиков и астрономов на протяжении почти столетия, начиная с первой статьи Эйнштейна по теории относительности в 1905 г., обнаружения Генриеттой Ливит закономерностей в яркости цефеид, теории Хаббла множественности вселенных, совместно с новейшими открытиями в радиоастрономии, чтобы возникли реальные основания для определения размеров, возраста и будущей судьбы Вселенной.

Наконец, астрономы получили в свое распоряжение космический телескоп «Хаббл», названный в честь ученого, впервые указавшего на существование огромного числа галактик. Первоначально предполагалось, что телескоп «Хаббл» подтвердит предполагаемый возраст Вселенной в 14—20 миллиардов лет и значительно расширит возможности наблюдения удаленных звезд. Телескопы на Земле позволяют регистрировать цефеиды, находящиеся на расстоянии в пределах 15 миллионов световых лет от нас. Когда телескоп «Хаббл» был полностью введен в действие (это произошло после ремонта его главного зеркала в 1993 г.), ученые получили возможность наблюдать цефеиды, удаленные на 60 миллионов световых лет.

Уже первый отчет 1994 г. группы астрономов, использовавших данные с телескопа «Хаббл», поверг всех в изумление. До этого считалось бесспорным, что постоянная Хаббла (скорость расширения Вселенной в законе Эдвина Хаббла, предложенном в 1929 г.) составляет 50 км/(с ∙ мегапарсек). Читатель может вполне реально представить себе расстояние в 50 км, однако мегапарсек является величиной совершенно иных масштабов: 1 парсек равен 3,26 световых лет, а мегапарсек — это миллион парсек. Ближайшая к нам галактика Туманность Андромеды находится на расстоянии около 2 миллионов световых лет, и астрономы запросто оперируют со значительно большими расстояниями. Однако при этом их крайне беспокоит, если новые результаты приводят к резкому изменению этих величин, а именно это произошло в 1994 г.!