Андрей Сахаров. Наука и свобода

Слишком этот объект особый. Конечно, не поэкспериментируешь и со звездами, но их, по крайней мере, очень много — можно наблюдать и сопоставлять. Вселенная как целое — объект принципиально единичный, и даже просто заявить, что видишь этот объект, а не какую-то малую, случайную его часть, — требовало изрядной интеллектуальной смелости. Или нахальства, или безрассудства. Так считал, например, В.А. Фок, помогавший когда-то своему учителю Александру Фридману перевести его знаменитую статью 1922 года о расширении Вселенной на немецкий язык и написавший фундаментальную монографию по теории гравитации.[349] О таком же отношении к космологии в США в 50-е годы пишет начинавший тогда свою научную карьеру будущий нобелевский лауреат С. Вайнберг: «Повсюду считалось, что изучение ранней Вселенной — это не та задача, которой должен посвящать свое время уважающий себя ученый».[350]

Космология тогда была далека от того, чем жила физика.

Возможность говорить о Вселенной как физическом объекте открыл в 1917 году Эйнштейн на основе своей теории гравитации, соединившей ньютоновский закон всемирного тяготение и теорию относительности. Но в последующие четыре десятилетия космология по существу давала лишь возможность говорить на математическом языке, а не делать физические измерения и сравнивать их с предсказаниями теории — как должно быть в физической науке.

За эти десятилетия космология получила в свое распоряжение лишь один измерительный факт — хотя и очень важный. И биография этого факта красноречиво говорит о том, насколько необычна физика самого большого природного объекта — Вселенной.

Факт был предсказан в 1922 году. Предсказал его Александр Фридман (1888—1925) — российский математик, увлеченно следивший за революционным обновлением физики. Посмотрев глазами математика на космологическую теорию Эйнштейна, он понял, что великий физик нашел лишь одно — очень частное — решение своих уравнений. Если бы речь шла о маятнике, можно было бы сказать, что Эйнштейн нашел растяжение подвеса, когда маятник висит неподвижно. Однако маятнику свойственно и движение. И Фридман, основываясь на уравнениях Эйнштейна, описал «движение» космологического маятника — Вселенной. Оказалось, что Вселенная может расширяться, то есть что составляющие ее галактики могут удаляться друг от друга.

Статью о своем открытии, названную не особенно красноречиво «О кривизне пространства», Фридман послал весной 1922 года в немецкий физический журнал — послал из разоренного гражданской войной Петрограда (еще не переименованного в Ленинград).

Результат русского автора, в физике совершенно неизвестного, настолько не лез ни в какие астрономические ворота, что Эйнштейну легче было заподозрить математическую ошибку в рассуждениях автора. Так он и написал в своей заметке, опубликованной в следующем выпуске того же журнала, и это знаменитая ошибка самого Эйнштейна. Вскоре он в этом убедился и опубликовал вторую заметку, назвав результаты Фридмана «правильными и проливающими новый свет».

Но не этот теоретический свет помог космологии сделать следующий шаг, а крайне слабый свет от далеких небесных туманностей. Их изучал американский астроном Эдвин Хаббл с помощью телескопа. Он не занимался ни гравитацией, ни кривизной пространства, ему хватало забот со своими туманностями, в которых он сначала распознал далекие скопления звезд — галактики, а затем обнаружил, что эти галактики удаляются от нашей родной Галактики — Млечного пути.

По изменению тона гудка локомотива, мчащегося мимо наблюдателя, можно судить о его скорости. Искусный наблюдатель, каким был Хаббл, может измерить скорости далеких галактик по их слабому свету. И при этом обнаружить удивительный факт: чем дальше галактика, тем с большей скоростью она удаляется. Этот наблюдательный факт, открытый в 1929 году, получил название «закон Хаббла».

Теоретики, следившие и за астрономией, и за физикой, тут же сообразили, что этот закон и есть предсказанное Фридманом расширение Вселенной. То был космологический триумф теоретической физики.

Беда, однако, в том, что никаких других подобных триумфов не было после этого еще три десятилетия. Астрономы лишь уточняли измерения Хаббла.

В самом законе Хаббла сомневаться не приходилось, но некоторым теоретикам неуютно жилось в расширяющейся Вселенной, и они стали искать иное объяснение для хаббловских наблюдений. Искали и нашли его в мутноватой воде новейшей микрофизики. Выглядело это объяснение как старение частиц света — фотонов — за огромное время их путешествия от далеких галактик к Земле. Маленький эффект распада фотонов заменял грандиозную картину Вселенной, разлетающейся во все стороны.

Однако эту уютную гипотезу красиво и убедительно опроверг в 1936 году — на основе глубокого понимания и микрофизики, и космологии — российский теоретик Матвей Бронштейн.