Но Шепли ошибся в другом — он упорно считал спиральные туманности, такие как М31 (Туманность Андромеды), маленькими газовыми образованиями, лежащими внутри Галактики или рядом с ней. А Кертис упорно доказывал, что эти спирали — такие же звездные миры, как Млечный Путь, и оказался прав (только размер галактик он значительно занижал).
Мы можем представить картину той маленькой стационарной Вселенной, модель которой пытался строить Эйнштейн еще до 1920 года, и сопоставить с реальностью, о которой мы знаем теперь: наблюдаемые масштабы изменились в миллионы раз и родилось понятие нестационарной Вселенной.
3. Красное смещение в космологии
В марте 2008 года в “Успехах физических наук” появилась статья А. Д. Чернина “Темная энергия и всемирное антитяготение” (ниже я ссылаюсь на нее как на АДЧ ). Я буду часто цитировать эту статью (а иногда и полемизировать с ней), чтобы пояснить читателю, о чем идет речь в современной космологии.
АДЧ: “Скорости разбегающихся галактик и расстояния до них в расширяющейся Вселенной измеряют уже почти сто лет”.
Откуда мы знаем скорости и расстояния до галактик, откуда мы знаем, что галактики “разбегаются”? Александр Фридман в 1922 году оценил возраст нашей Вселенной в 10 миллиардов лет, и эта оценка оказалась близкой к современным представлениям: сегодня мы оцениваем возраст Вселенной в 13 миллиардов лет. Значит, за сотню лет точных астрономических наблюдений какие-то расстояния могли измениться лишь на одну стомиллионную. Но приборов такой точности пока нет, и вряд ли они когда-нибудь появятся. Пока расстояния в космологии измеряют с точностью до нескольких процентов, то есть в миллионы раз хуже, чем нужно для прямой проверки разбегания галактик.
Реально мы наблюдаем только смещение линий в спектрах галактик . Из лабораторных опытов еще в XIX веке физики узнали, что при быстром удалении источника света (а позже радиоволн, гамма-лучей и любого электромагнитного сигнала) длина волны увеличивается: свет сдвигается в красную часть спектра. Наоборот, при сближении приемника с источником длины волн уменьшаются, свет сдвигается к фиолетовой части спектра. Теорию этого явления создал австрийский физик Кристиан Доплер. Этот эффект можно показать на основе аналогии с лодкой, движущейся по волнам: в системе отсчета, связанной с лодкой, частота волн увеличивается, если лодка движется навстречу волне, и уменьшается, если лодка движется в ту же сторону, в которую бегут волны.
Известен анекдот про физика (кажется, это был Роберт Вуд — чародей физической лаборатории), который проскочил светофор на красный свет и объяснил полицейскому, что из-за большой скорости красный свет показался ему зеленым вследствие эффекта Доплера. Конечно, это шутка; чтобы эффект оказался столь сильным , скорость должна быть в сотню тысяч километров в час.
В 1912 году Весто Слайфер начал постоянные наблюдения спектров галактик на телескопе в Аризоне. Он сделал замечательное открытие: спектральные линии большинства галактик смещены в красную сторону спектра. Если это красное смещение связано со скоростью, то оно указывает, что эти галактики удаляются от Млечного Пути. (Необходимо заметить, что на самом деле это не так для нескольких соседних с Млечным Путем галактик. Например, спираль M31 — Туманность Андромеды — имеет синее смещение. Слайфер, конечно, обратил на это внимание, но он увидел, что большинство галактик удаляется.)
В 1929 году Эдвин Хаббл (Hubble), работавший на новом в тот момент 100-дюймовом (около двух с половиной метров) телескопе на горе Маунт- Вилсон в Калифорнии, сделал еще одно открытие. Он сумел оценить расстояния до галактик и увидел, что чем дальше галактика, тем больше ее красное смещение, — это так называемый закон Хаббла. Сегодня график зависимости красных смещений объектов от их расстояний называют диаграммой Хаббла.
Если придерживаться исторической справедливости, то необходимо признать, что первым этот закон на восемь лет раньше открыл немецкий астроном Карл Вирц (Carl Wirtz, 1876 — 1939). Ученик Хаббла Алан Сандидж (Alan Sandage) назвал Вирца “европейским Хабблом без телескопа”. Вирц был настоящим пионером наблюдательной космологии и в 1921 году по данным для 29 спиральных галактик обнаружил, что чем дальше галактика, тем больше ее красное смещение (его статья опубликована в июне 1922 года в “Astronomische Nachrichten”, т. 215, стр. 349). К сожалению, из-за трудностей, которые испытывала наука в Германии в то время, его исследования не получили поддержки. В 1936 году, когда Хаббл был уже прославлен на весь мир, Вирц сделал отчаянную попытку напомнить о своем приоритете в журнале “Zeitschrift fu#r Astrophysik”, но ничего из этого не вышло, и он был практически забыт.