Хаббл начал охотиться за цефеидами за пределами нашей Галактики. Чем больше таких цефеид — и галактик — он находил, тем больше становилась наша Вселенная. Используя метод спектрального анализа излучения астрономических объектов, усовершенствованный Весто Слайфером, Хаббл обнаружил, что может измерять не только расстояние, но и скорость движения галактик. Слайфер пытался это делать еще в 1917 году{1}. На тот момент астрономы уже открыли феномены синего и красного смещения: спектр излучения астрономического объекта кажется более синим, если объект приближается к нам, и более красным, если удаляется. Это явление — оптический аналог хорошо знакомого нам акустического эффекта Доплера, который объясняет, например, почему при приближении машины скорой помощи звук сирены становится более высоким, а при удалении — более низким. Красное и синее смещение проявляется в виде заметного сдвига спектральных линий в красную или синюю сторону на спектрограммах (так называются фотографии спектров астрономических объектов).
Хаббл начал с туманности Андромеды и обнаружил, что та медленно, но верно приближается к Млечному Пути. Это было вполне объяснимо, поскольку галактики находятся под действием взаимного гравитационного притяжения. Такое же сближение наблюдалось и с некоторыми другими близлежащими галактиками. Вселенная стала казаться понятной. Пока в один прекрасный день все не изменилось.
В 1922 году, за год до того, как Хаббл открыл свою знаменитую цефеиду VAR! Эйнштейн получил Нобелевскую премию. Назвать эту награду разочаровывающей было бы преуменьшением; предстоящий приз он обещал передать к тому времени уже бывшей жене Милеве, что было оговорено условиями их развода в 1918 г.{2} Хотя многие считают, что Эйнштейн получил премию за создание специальной теории относительности, на самом деле это было не так. Не стало предметом награды и второе его крупнейшее достижение — общая теория относительности, которая описывает, как массивные объекты искривляют ткань пространства-времени, влияя тем самым на траекторию движения света в космосе. Ученые мужи в Нобелевском комитете сочли эти два чисто теоретических открытия «еврейской физикой, вводящей мир в заблуждение». В действительности Эйнштейн получил нобелевское золото за объяснение фотоэлектрического эффекта — феномена, открытого лауреатом Нобелевской премии 1905 года Филиппом Ленардом. Нежелание Нобелевского комитета присуждать высокую научную награду за общую теорию относительности отчасти было понятным: даже сам Эйнштейн не до конца сформулировал ее выводы.
Вскоре после завершения работы над общей теорией относительности в 1916 году Эйнштейн продемонстрировал, что она позволяет объяснить явления, которые не мог объяснить закон всемирного тяготения Ньютона (предложенная в XVIII веке теория, описывающая гравитационное притяжение), например, некоторые странные особенности орбиты Меркурия. В следующем году Эйнштейн сделал еще более смелый шаг. Он решил проверить, действуют ли законы ОТО за пределами Солнечной системы. В конце концов, если принцип Коперника верен, ОТО должна быть применима ко всей галактике Млечный Путь, которая в те времена считалась всей Вселенной.
Увы, Эйнштейн сразу же столкнулся с проблемой. Согласно уравнениям ОТО, Вселенная должна была со временем уменьшаться из-за гравитационного притяжения поля всех звезд. Но Млечный Путь вовсе не сжимался; звездная спектроскопия показывала, что далекие звезды двигались как в сторону Земли, так и прочь от нее. Поэтому Эйнштейн модифицировал свою теорию в соответствии с наблюдаемыми свойствами космоса. Как вы помните, это было задолго до открытий Хаббла, когда все, включая Эйнштейна, считали, что космос за пределами Солнечной системы и горстки соседних звезд неподвижен. Чтобы согласовать модель ОТО со стационарной Вселенной, он ввел в свои уравнения поправочный коэффициент, позже названный космологической постоянной, который предполагал существование своего рода «антигравитации» и таким образом объяснял странное нежелание Вселенной уменьшаться в размерах. На какой-то момент во Вселенной воцарилось равновесие.
В 1922 году, уже после того, как Эйнштейн получил Нобелевскую премию, российский космолог Александр Фридман заинтересовался моделью Эйнштейна. Фридман задался вопросом: что, если включить в уравнения ОТО всю материю и энергию, которые есть во Вселенной? К своему изумлению, он обнаружил, что космос должен либо сжиматься, либо расширяться, но не может быть стационарным, как утверждал Эйнштейн в 1917 году. Сжатие хорошо объяснилось гравитацией. Но Фридмана заинтриговала идея расширения: как такое могло происходить?