Читать книгу "Сейчас. Физика времени - Ричард А. Мюллер"

Не нужна никакая кора

Еще одно объяснение расширения Вселенной было куда более фантастичным. Оно было предложено за два года до открытия Хаббла Жоржем Леметром[124], бельгийским священником и профессором физики Лувенского католического университета. Леметр выдвинул модель, основывающуюся на общей теории относительности, согласно которой ранняя Вселенная представляла собой «космическое яйцо, взорвавшееся в момент творения». Этой же идеей Леметр объяснял и возникновение «первичного атома». Некоторые считают, что заслуга в разработке теории расширения Вселенной принадлежит Леметру, а не Хабблу. Однако в своих работах Леметр отталкивался от некоторых предварительных результатов, полученных Хабблом. К тому же они были опубликованы в малоизвестных бельгийских научных журналах, которые за пределами страны мало кто читал. Леметра называли «величайшим ученым, о котором никто почти ничего не знал».

Леметр изучал общую теорию относительности и применял ее ко Вселенной в целом. Открытия Хаббла убедили священника в том, что Вселенная расширяется. Но, по мнению Леметра, взорвалась не материя, заключенная в какой-то части космоса, а сам космос. Эта концепция хорошо согласовывалась с уравнениями Эйнштейна.

Эйнштейн считал, что Вселенная статична, и даже добавил в свои уравнения так называемую космологическую постоянную. По сути, она вводила в уравнения силы отталкивания, позволяющие преодолеть взаимное притяжение космических объектов, что вызвало бы коллапс Вселенной. Эйнштейн посчитал идею Леметра о расширяющейся Вселенной несерьезной и сказал ему: «Ваши вычисления правильные, но ваша физика ужасна».

Однако после открытий Хаббла Леметр стал неожиданно знаменит. 31 января 1931 года газета New York Times вышла под громогласным заголовком: «Леметр выдвигает идею о том, что начало Вселенной положил один-единственный великий первоатом, в котором была сконцентрирована вся энергия». Эйнштейн убрал свою космологическую постоянную и впоследствии сожалел, что применил ее. Известный советский физик Георгий Гамов говорил, что Эйнштейн рассматривал ввод этой постоянной в свои уравнения «как величайшую ошибку всей жизни». (Это ирония судьбы. Сегодня мы верим в то, что космологическая постоянная очень важна и необходима в космологии. Я коснусь этого вопроса во время рассказа о темной энергии.)

В 1933 году газеты сообщали, что после лекции Леметра в Принстоне Эйнштейн встал и сказал: «Это самое красивое и удовлетворительное объяснение творения, какое я только слышал». Он явно изменил свою точку зрения на «ужасную» физику ученого. Леметр также высказал предположение, что космические лучи (радиация), открытые в 1912 году, могли быть «остатками» Большого взрыва. По этому поводу он ошибался. Действительно, это были «остатки», но только в виде микроволнового (реликтового) излучения, а не радиации. Однако люди склонны забывать теоретические ошибки физиков. К сожалению, это не распространяется на экспериментаторов.

Согласно математическим расчетам Леметра, каждая галактика занимала в космосе определенное местоположение. Закон Хаббла появился не из-за движения галактик, а благодаря расширению космического пространства между ними. Он стал еще одним примером действия уравнений Эйнштейна, которые допускали «резиноподобную» природу пространства. Мы уже видели гибкость пространства применительно к релятивистской теории (глава 2), включая парадокс с шестом и сараем и две уловки со скоростью света (глава 5).

Космологическая модель Леметра используется по сей день, хотя теперь ее иногда называют моделью Фридмана−Леметра−Робертсона−Уокера (FLRW) по именам других космологов-теоретиков, участвовавших в ее развитии. Эта модель оправдала предсказания относительно природы очень отдаленных областей нашей Вселенной. Ученые вскоре запустили в научный оборот термин космологический принцип, который суммировал все приближенности и констатировал, что Вселенная везде одинакова и такая же, как и в области нашего существования[125].

Около 14 миллиардов лет назад (если точнее, 13,8) материя находилась в сильно сжатом состоянии (принято говорить «в состоянии сингулярности»), а затем космос взорвался. Материя начала все сильнее и сильнее распадаться по фиксированным координатам. Локально под действием собственных гравитационных сил она сформировалась в некие сгустки, которые сегодня мы называем кластерами (объединением нескольких однородных элементов, которое может рассматриваться как самостоятельная единица, обладающая определенными свойствами). Затем внутри этих сгустков под действием своей гравитации материя организовалась в галактики, а уже внутри них, опять же под воздействием собственной гравитации, сформировалась в молекулярные облака, звезды и планеты, в том числе и нашу. (В Приложении 4 вы найдете стихотворение, описывающее формирование Вселенной.)

Почему имя Леметра не так широко известно, как имя Хаббла? Одна из причин – то, что за ним не стоит суперсовременный телескоп, который назван по его фамилии (как телескоп Хаббла). (Я вырос в Нью-Йорке и никогда не слышал об итальянском путешественнике Вераццано, пока его именем не назвали самый большой мост в городе.) Тем не менее все астрономы и космологи знают Леметра. Закон расширения Вселенной мы называем именем Хаббла, и это частично определяется тем, что начальные выводы Леметра базировались на ранних данных Хаббла, которые в то время не подтверждали их научную справедливость.

В раннем варианте модели Леметра 36 из 38 галактик оказались удаляющимися (приближается к нам только галактика Андромеды). Но скорость их удаления не была пропорциональна расстоянию, как того требовала модель Леметра (хотя точки их положения оказались разбросаны со случайностью, приближающейся к среднему показателю). Судя по всему, Леметр сам поверил, что это противоречие свидетельствовало не о слабости теории, а об ошибках в экспериментах. Его концепции оставалось только дожидаться получения более точных данных. Не исключено, что он опубликовал свою теорию в малоизвестном журнале как раз для того, чтобы никто ее не заметил, окажись она ошибочной.

Действительно, предварительные данные Хаббла могли быть интерпретированы как опровергающие предсказание Леметра. Если бы последний четко написал в своей известной теперь статье что-то вроде: «Когда будут сделаны более точные измерения, все галактики окажутся расположены вдоль одной линии, а скорости их удаления от нас будут пропорциональны разделяющему нас расстоянию», если бы он тогда набрался смелости сделать это однозначное заявление, возможно, сегодня мы называли бы закон расширения Вселенной именем Леметра. И в мире существовал бы мощный телескоп, названный в его честь.