За пределами нашей галактики: Расширение

Галактики являются «строительными блоками» Вселенной, и, изучая их свет, мы можем выяснить, куда они движутся. Много миллиардов звезд в обычной галактике через чур тусклы, дабы рассматривать их по отдельности, – телескопы регистрируют целый свет, исходящий от многих звезд. Возможно проанализировать спектр этого света. Мы уже отмечали, как свет от одной звезды отражает скорость ее движения к нам (либо от нас) и как посредством долгих наблюдений возможно поймать маленькие нарушения в движении, вызванные планетой, обращающейся по орбите около звезды. Подобным же образом спектр света от целой галактики информирует, как быстро она движется по направлению к нам (сдвиг в светло синий часть спектра) либо от нас (сдвиг в красную часть спектра).

Быть может, самым ответственным фактом о нашей Вселенной есть то, что свет от далеких галактик сдвигается в красную часть спектра – все они (за исключением нескольких соседних галактик, находящихся в нашем скоплении) удаляются от нас. Более того, красное смещение (показывающее скорость удаления) посильнее проявляется в свете самых отдаленных галактик. Думается, мы находимся в расширяющейся Вселенной, где скопления галактик отдаляются друг от друга все дальше и все посильнее рассеиваются по космосу.

Несложная зависимость между красным расстоянием и смещением было названа в честь Эдвина Хаббла, который первым открыл данный закон в 1929 г. Наблюдатели из других галактик нашли бы точно такое же удаление отдаленных галактик. Расширение оказывает глобальный эффект: отдельные галактики (а также скопления галактик) сами по себе не увеличиваются, а еще меньше расширение воздействует на более мелкие объекты, такие как наша Наша система.

Представьте себе, что штыри на картине М. К. Эшера (рис. 5.1) синхронно удлиняются. Наблюдатель, пребывающий на любой вершине, заметит, что другие вершины отдаляются от него со скоростью, которая зависит от того, сколько штырей находится перед наблюдателем. Иначе говоря скорость удаления других вершин будет пропорциональна расстоянию до них. Галактики не находятся в верной пространственной решетке – как уже упоминалось, они сосредоточены в группы либо скопления, но однако вы имеете возможность представить расширение, вообразив, что скопления галактик связаны с синхронно удлиняющимися штырями. Ни в одной вершине на картине Эшера нет ничего примечательного, как нет и ничего особого в том, как наша Галактика расположена во Вселенной. (Не смотря на то, что место нашей Галактики случайно, однако мы замечаем ее не в случайное время, а обстоятельства этого станут понятны позднее.) Космология продвинулась лишь потому, что наша Вселенная в самом большом масштабе достаточно однородна, дабы ее возможно было обрисовать несложным «расширением Хаббла», где все части, думается, увеличиваются одинаково. На местах расширение возможно разглядывать как эффект Доплера, но в громадных масштабах, где видимое разбегание происходит со скоростью, составляющей значительную часть скорости света, лучше приписывать красное смещение «растягиванию» пространства, тогда как свет проходит через него. Величина красного смещения – в противном случае говоря, то, как растягивается протяженность волны, – в этом случае равна величине, на которую расширяется Вселенная (и в нашей аналогии с картиной Эшера – на которую удлиняются «штыри»), в то время, когда свет движется в нашу сторону.

Быть может, мы спросим, по какой причине красное смещение предполагает расширение, а не какое-то новое физическое явление, которое проявляется на громадных расстояниях. Возможность результата вроде «старения света» иногда все еще обсуждается, не смотря на то, что никто так и не создал жизнеспособную теорию, согласующуюся со всеми доказательствами (к примеру, это явление должно создавать одно да и то же относительное изменение в длине волны света и не должно искажать изображения отдаленных объектов). Нерасширяющая Вселенная в действительности влечет за собой куда больше парадоксов, чем каждая теория Большого взрыва. У звезд нет нескончаемого запаса энергетических ресурсов; они изменяются и в итоге исчерпывают свое горючее. То же самое происходит и с галактиками, каковые, по существу, складываются из звезд. В полной мере допустимо выяснить возраст самых ветхих звезд в Млечном Пути и в других галактиках, сравнив их свойства с расчетами того, как эволюционируют звезды. Самым ветхим из них приблизительно 10 млрд лет, что абсолютно согласуется с точкой зрения о том, что наша Вселенная расширяется чуть продолжительнее этого срока. Если бы наша Вселенная была статичной, все галактики должны были бы загадочным образом оказаться на своих сегодняшних позициях – причем синхронно – приблизительно 10 млрд лет назад. Нерасширяющаяся Вселенная формирует значительные неприятности на уровне логики.

Рис.5.1. Членение пространства кубами Эшера. В случае, если штыри в пространственной решетке синхронно удлинять, вершины будут отдаляться друг от друга в соответствии с законом Хаббла, но ни одна из вершин не есть особой, и в структуре нет центра

С высокой степенью возможности расширение началось 10–15 млрд лет назад, наиболее правильные цифры – 12–13 млрд лет назад (По сегодняшним уточненным данным, 13,7–13,8 млрд лет. – Прим авт.). Имеется две обстоятельства данной неуверенности в возрасте нашей Вселенной. Расстояние до галактик (в отличие от скорости разбегания) так же, как и прежде не всегда измеряется точно, и оценка этого возраста зависит от того, как стремительнее (либо медленнее) Вселенная расширялась в прошлом.