Физика для всех. Книга 4. Фотоны и ядра

Прошу заметить, что естествоиспытатель вполне уверен в том, что водород, находящийся в недрах звезды и заявляющий нам о своем присутствии в объекте, находящемся на невообразимо колоссальном расстоянии, — это такой же водород, как и тот, с которым мы имеем дело в земных условиях. Если бы звезда покоилась, то спектр водорода обязан был бы выглядеть совершенно так же, как спектр, который мы получаем от газоразрядной трубки (вот какова уверенность физика в единстве мира!). Но линии оказываются заметно сдвинутыми, и скорости галактик — это сотни, а то и десятки тысяч километров в секунду. Нет сомневающихся в приведенном объяснении. Да и как сомневаться? Ведь спектр водорода состоит из очень большого числа линий, и мы видим сдвиг не одной линии, а всех линий спектра в согласии с формулой Доплера.

Но вернемся к измерению звездных расстояний. Какую помощь может оказать нам знание скоростей движения звезд? Все просто… но, конечно, лишь в том случае, если мы заметим, что звезда за год сдвинулась (опять-таки по отношению к другим звездам, которые в данном измерении можно считать «неподвижными») на какое-то расстояние. Если дуговое перемещение звезды φ (перпендикулярно лучу света, который до нас доходит) известно, то, зная тангенциальную скорость, найдем расстояние до звезды R по формуле

R∙φ/t = v

Вместо t надо подставить время, которое ушло на перемещение звезды.

Но позвольте, скажет читатель, ведь в формулу входит тангенциальная скорость, а направление движения звезды нам не известно. Совершенно справедливое возражение. Поэтому приходится поступать следующим образом. Отбирается большое число звезд с одинаковым периодом изменения светимости. Для всех этих звезд измеряют лучевую скорость. Она будет колебаться от нуля (если звезда движется перпендикулярно лучу) до максимума (если звезда движется вдоль луча). Полагая, что в среднем тангенциальные и лучевые скорости одинаковы, можно подставить в написанную выше формулу среднее значение измеренных нами скоростей.

РАСШИРЯЮЩАЯСЯ ВСЕЛЕННАЯ

В результате измерений расстояний, мы можем описать звездный мир следующим образом. Наблюдаемая Вселенная разбита на огромное число звездных скоплений, которые получили название галактик. Наша Солнечная система входит в Галактику, которую каждый видел на небе. Это Млечный Путь. Наша Галактика имеет форму диска, диаметр которого — около 100 тысяч световых лет. В Галактике что-нибудь около 10¹¹ звезд разных типов. Солнце — одна из таких звезд, и находится наше светило на периферии Галактики. Звезды отдалены друг от друга на огромные расстояния. Расстояние между звездами в среднем в 10 миллионов раз превышает размер звезды. Для того чтобы добиться аналогичного разрежения в воздушном пространстве, надо было бы уменьшить плотность воздуха в 10¹⁸ раз.

Что же касается взаимного расположения галактик, то здесь картина иная. Средние расстояния между галактиками всего лишь в несколько раз больше размеров самих галактик.

Астрофизики, могут сообщить очень много деталей о характере взаимного движения звезд, принадлежащих одной галактике. На этом мы останавливаться не будем. Однако даже в книге, излагающей азбуку физики, мы не можем пройти мимо одного исключительно важного наблюдения. Достоверно установлено по изучению эффекта Доплера в спектрах, принадлежащих звездам разных галактик, что галактики разбегаются «от нас». При этом было показано, что скорость удаления галактики прямо пропорциональна расстоянию ее «от нас». Самые далекие видимые галактики движутся со скоростями, приближающимися к половине скорости света.

Почему я поставил в кавычки слова «от нас»? Да по той причине, что в этом утверждении кроется явно нечто несуразное. Подобная позиция могла бы удовлетворить лишь человека, верующего в то, что господь бог сотворил Землю и разместил вокруг нее звезды. Такая картина была принята в древние времена Аристотелем и господствовала в средние века. Вселенная имела границы, за которыми простиралось царство бога — эмпиреи.

Для современного человека совершенно неприемлема мысль о Вселенной, имеющей границы. Если есть граница, то сразу же следует вопрос: а что находится за ней? Так что нужно обойтись без представления о границе Вселенной. С другой стороны, никак нельзя поверить, что Земля или Солнце являются особыми телами во Вселенной. Это явно противоречит всем сведениям, добытым астрофизиками. Но ведь галактики разбегаются «от нас»! Как можно примирить с этим фактом наши требования к модели Вселенной? Хотим, чтобы у нее не было границ; желаем, чтобы она была более или менее однородна; требуем, чтобы картина Вселенной с точки зрения обитателя любой звезды была одной и той же.