Сотворение мира или эволюция?
Шрифт:
Известные законы физики (зависимость частоты звуковых и световых колебаний, воспринимаемых наблюдателем, от скорости движения наблюдателя и источника колебаний позволили легко и естественно увязать этот факт с движением галактик в мировом пространстве. При этом красное смещение свидетельствовало об их удалении от нас, синее – о сближении с нами.
Изменение воспринимаемой частоты колебаний, обусловленное движением источника или приемника волн либо и того и другого впервые было теоретически обосновано в 1842 г. К.Доплером (1803 – 1853) и, если так можно выразиться, «переоткрыто» в 1848 г. французским физиком А.И.Л.Физо)
Данный эффект особенно заметен в случае звуковых волн, примером чему может служить изменение
fr = fe – v/L
Это соотношение справедливо и в том случае, когда приемник движется, а источник неподвижен. Если скорость v значительно меньше скорости звука c, то величину L можно заменить величиной c/fe, не совершив большой ошибки. Принимаемая частота оказывается ниже излучаемой, если источник и приемник удаляются друг от друга, и выше излучаемой, если они сближаются. Движение среды, в которой распространяются звуковые волны, например, ветер, дующий в направлении приемника или от него, также приводит к изменению регистрируемой приемником частоты.
Кстати, сам Доплер пытался связать открытый им эффект с окраской звезд. Звезды кажутся нам окрашенными только вследствие своего движения по отношению к нам. Быстро приближающиеся белые звезды посылают земному наблюдателю укороченные световые волны, которые вызывают зеленого, голубого или фиолетового цветов. Напротив, быстро удаляющиеся кажутся нам желтыми или красными. Однако идея эта была ошибочной. Во-первых, потому, что для подобных изменений цвета требовались неправдоподобно большие скорости. Во-вторых, по той причине, что изменяться должна длина всех волн, поэтому, несмотря на общий сдвиг всех частей спектра, глаз вообще не должен был бы заметить никакого изменения общей окраски. Ведь в этом случае либо инфракрасная часть спектра должна сдвигаться в красную, а фиолетовая в ультрафиолетовую, либо (при обратном движении) наоборот: ультрафиолетовая – в фиолетовую, а красная – в инфракрасную. Но как бы то ни было, именно этот эффект в конечном счете помог объяснить многое в устройстве и истории нашей Вселенной.
Именно непонятное поведение слейферовских туманностей и заинтересовало Хаббла. Им бы проделана огромная и вместе с тем ювелирная по своей точности работа по фотографированию странных объектов. И вот наступил день, когда на фотографии туманности Андромеды удалось разглядеть звезды. Это говорило о том, что туманности состоят из звезд, а неразличимы они просто потому, что находятся за пределами нашей Галактики на невообразимо далеком расстоянии от нашей собственной звездной системы. Это был прорыв в постижении космоса, границы вселенной сразу же расширились, оказалось, что она состоит из множества звездных островов, подобных нашему. В ознаменование сделанного открытия английский астроном Харлоу Шепли предложил переименовать внегалактические туманности в галактики.
В сущности всю свою жизнь Хаббл посвятил изучению галактик. Составленный им каталог насчитывал около тысячи объектов, результаты же измерений подтверждали выявленную еще Слейфером закономерность: их спектр обнаруживал красное смещение. Лишь вблизи нашей Галактики [33] было обнаружено несколько объектов с некоторым синим смещением. Но этого мало, величина красного смещения менялась от галактики к галактике во всех направлениях. Самые слабые туманности имели самый большой сдвиг, откуда следовало, что находящиеся на более далеко расстоянии звездные
33
В отличие от прочих галактик, ту, в которой обитаем мы сами, стало принято обозначать с прописной буквы.
Заслугой астронома стало выведение скрывающейся здесь закономерности. Для каждой галактики Хаббл рассчитал скорость, необходимую для того, чтобы вызвать наблюдаемую величину красного смещения; результаты расчетов показали, что есть галактики, которые удаляются и от нас, и друг от друга со скоростью, достигающей нескольких процентов от скорости света. Он также установил расстояния до некоторых ближайших галактик наблюдая их переменные звезды, а затем приступил к определению скоростей их движения. В 1929 году он опубликовал результаты своей работы. Они говорили о том, что галактики движутся тем быстрее, чем дальше они находятся. Этот факт стал известен как закон Хаббла:
z =Hr/c,
где z – величина красного смещения,
r – расстояние до наблюдаемого объекта,
c – скорость света.
Отсюда следует, что чем дальше расположена галактика, тем с большей радиальной скоростью она движется:
V = Hr.
Коэффициент пропорциональности (кстати, сам Хаббл обозначал его просто v/r) впоследствии в его честь получил название постоянной Хаббла – Н. Ее величина не зависит ни от направления на небесной сфере, ни от расстояния до галактик.
Первоначальное значение этого коэффициента было определено самим Хабблом и составило 535 км/с на 1 Мпс. По современным оценкам она составляет от 50 до 100 км/с на 1 Мпс. Порядок величины был установлен его учеником Алланом Сендиджем в 1958 году на основе новых данных, накопленных к этому времени [34] . Позднее, в 1974 – 1975 годах, в шести статьях, написанных совместно с Тамманном будет подведен итог этим расчетам.
Обратная этим значениям величина имеет размерность времени и равна:
34
Историю открытия красного смещения и расчета постоянной Хаббла см. Ефремов Ю.Н. В глубины Вселенной. М.: «Наука», 1977, с. 153—163.
tn = 1/H = 10 – 20 млрд. лет.
Кстати, расхождение между первоначальной оценкой самого Хаббла и значением, которое было получено его учеником, означало, что возраст Вселенной увеличивался примерно в 6 – 7 раз. Парадокс состоял в том, что первое значение приводило к возрасту Вселенной, который был значительно меньше принятого возраста Земли.
Считается, что закон Хаббла в настоящее время проверен для большого числа галактик, включая самые отдаленные и уже не подлежит сомнению. Вот как пишет об этом Я.Б.Зельдович, один из виднейших ученых нашего времени, который и сам сделал фундаментальный вклад в развитие представлений о Вселенной: «Теория «Большого взрыва» в настоящий момент не имеет сколько-нибудь заметных недостатков. Я бы даже сказал, что она столь же надежно установлена и верна, сколь верно то, что Земля вращается вокруг Солнца». [35]
35
Зельдович Я.Б., Современная космология. В кн. Прошлое и будущее Вселенной. М.: «Наука», 1986, с. 13.